量子シミュレーション：原子ドットアレイを用いた大規模アナログ量子シミュレーション

実用的な量子優位性を追求する上で、アナログ量子系は、量子材料の物理、平衡から外れた量子系の物理または相互作用誘起局在化の物理をシミュレートする貴重な手段となる。そのような系を実現するための最近の大きな進展は、極低温原子、超伝導回路、ツイストファンデルワールス材料で実現されている。しかしこれまでのところ、こうしたプラットフォームでは、電子相関が材料特性を支配し、数値シミュレーションの精度と範囲が制限されている低温領域で、大規模な強相互作用フェルミオン系をシミュレートすることは困難であった。今回我々は、強く相互作用する低温物理をシミュレートするために、サブナノメートルの精度で操作して作製された原子ベースの量子ドットの大規模二次元（2D）アレイ（1万5000サイト）からなる新しいプラットフォームの実現を実証する。我々は、原子ベースの量子ドットの2D正方格子上で金属–絶縁体（MI）転移を観測することで、オンサイト相互作用Uとトンネリングtの独立した精密制御を実証した。さらに、磁気輸送測定からは、モット–ハバード/アンダーソン物理によって駆動される絶縁状態の形成と、相関電子物理の有望な特徴が示された。これらの精密に操作されたアナログ量子シミュレーターは、任意の2D格子上で量子材料をシミュレートし、量子磁性の形成、相互作用するトポロジカル量子材料の形成、非従来型超伝導の形成における多くの未解決問題を探求する、独自のプラットフォームとなる。

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