量子光学：原子ボソンサンプラー

ボソンサンプラーによって、量子コンピューティングの制限付きモデルが得られる。ボソンサンプラーは、プログラム可能で相互作用のないダイナミクスに従って伝播する同一ボソンの干渉に由来する分布からサンプリングする能力によって定義される。ボソンサンプリングの効率的で厳密な古典的シミュレーションが存在するとは考えられておらず、これが、フォトニクスにおいてより多数の光子を用いる画期的なボソンサンプリング実験の動機付けとなっている。しかし、特定の数の光子を低損失で確実に生成し発展させることは困難であるので、事後選択のための確率論的手法や、標準的なボソンサンプリングの大幅な変更が一般的に用いられている。今回我々は、二次元トンネル結合光格子において極低温原子を用いたボソンサンプリングを実現することによって、上記の難題に取り組んだ。この実証は、格子内の原子の高忠実度の光冷却や画像化、光ピンセットを用いたこれらの原子のプログラム可能な制御を含む複数のツールの、これまで実現されていない組み合わせによって可能になった。今回の成果は、相互作用系に拡張すれば、さまざまなハバード模型のシミュレーションにおいて基底状態と励起状態を直接構築するのに必要な核心的能力を実証する。

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