量子物理学：多数のリュードベリ原子を用いた2D反強磁性体の量子シミュレーション

人工系を用いた量子シミュレーションは、数値的アプローチなどの他の方法ではうまくいかない領域において、未解決の量子多体問題を解く有望な手段である。この目標に向けて、特に捕捉イオン、超伝導回路、中性原子、分子に基づくプラットフォームなど、数多くのプラットフォームが開発されている。こうしたプラットフォームは全て、2つの重要な課題に直面している。1つは、質の高いパラメーター制御を維持しながらアンサンブルサイズをスケールアップすること、もう1つは、こうした大規模な系についてアウトプットを検証することである。今回我々は、リュードベリ状態へのレーザー励起によって相互作用が制御される、個々の原子が光ピンセットに捕捉されたプログラム可能なアレイを用いて、象徴的な多体問題である反強磁性二次元横磁場イジング模型を実装する。我々は、このプラットフォームを、最大で196個の原子が高い忠実度で操作される領域へと押し上げ、ハミルトニアンのパラメーターを動的に調整することによって反強磁性秩序を調べた。我々は、2つの定性的に異なる形状（正方形アレイと三角形アレイ）について、さまざまなサイズの系を調べることによって、今回のプラットフォームの汎用性を例証する。我々は、計算可能なサイズ（約100個の粒子）まで、数値計算結果との良好な一致を得た。本研究結果は、我々のプラットフォームが、多体物理学の未解決問題の取り組みに容易に使用できることを示している。

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