量子物理学：極低温領域における中性原子ハバード量子シミュレーター

光格子中の極低温フェルミオン原子によって、現代の物性物理学の基本であるハバード模型の純粋な実現が可能になる。しかし、目覚ましい進歩にもかかわらず、こうした光格子物質類似体で利用可能な温度は、多くの未解決の問題に取り組むには依然として高過ぎる。今回我々は、温度をこれまでの数分の1に下げることを実証し、これによりハバード模型の大規模シミュレーションを全く新たな領域へと導く。これは、模型パラメーターの動的制御を介して、低エントロピーの積状態を目的の強相関状態に変換することによって達成され、古典的にシミュレートするのは極めて困難なものである。半充填では、長距離反強磁性秩序は飽和に近く、数値的に厳密なシミュレーションとの比較に基づくと、温度はT/t = 0.05^+0.06_−0.05になる。半充填からドープしていくと、系統的に正確で予測的な数値シミュレーションを実現するのは非常に困難である。重要なことに、我々は量子シミュレーションを使って、ドーピングで同様の低温を実現する新たな経路を特定することができた。これは、短距離スピン相関を、最先端ではあるが近似的な、拘束された経路の補助場量子モンテカルロシミュレーションと比較することで確認された。報告された温度は、銅酸化物と比較すると、室温よりはるかに高い温度から低い温度への低下に対応しており、こうした低温では、擬ギャップやストライプ相などの物理が期待され得る。今回の成果は、材料科学における未解決の問題を解決し、数値的手法や理論的研究との相乗効果を発展させ、新たな物理の発見につながる、量子シミュレーションの機会を提供する。

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