原子物理学：51個の原子からなる量子シミュレーターでの多体ダイナミクスの探索

制御可能でコヒーレントな多体系から、量子物質の基本的な性質についての知見が得られ、新しい量子相の実現が可能になり、最終的には、古典的アプローチに基づく既存のコンピューターよりも優れたコンピューターシステムが得られる可能性がある。今回我々は、個別に捕捉された低温原子からなる決定論的に準備され再構成可能なアレイと、リュードベリ状態への励起によって可能になった強いコヒーレント相互作用を組み合わせた、制御された多体量子物質を作り出す方法を実証する。我々は、相互作用を調整でき、系のサイズが最大51キュービットの、プログラム可能なイジング型量子スピンモデルを実現した。我々は、このモデル内で、さまざまな離散対称性を破る空間秩序状態への相転移を観測し、こうした状態が高忠実度で準備されることを確かめ、大きな原子アレイにおける相転移のダイナミクスを調べた。特に、相境界をまたぐ突然の遷移に起因する急速な量子クエンチの後の秩序の持続振動に対応するロバストな多体ダイナミクスが観測された。今回の方法によって、プログラム可能な量子シミュレーター上で多体現象を調べる手段が得られ、新しい量子アルゴリズムを実現できる可能性がある。

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