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含参量腔的玻色子克罗兹梯的量子模拟

Quantum Simulation of the Bosonic Creutz Ladder with a Parametric Cavity.

作者信息

Hung Jimmy S C, Busnaina J H, Chang C W Sandbo, Vadiraj A M, Nsanzineza I, Solano E, Alaeian H, Rico E, Wilson C M

机构信息

Institute for Quantum Computing and Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada.

Kipu Quantum, Kurwenalstrasse 1, 80804 Munich, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Sep 3;127(10):100503. doi: 10.1103/PhysRevLett.127.100503.

DOI:10.1103/PhysRevLett.127.100503
PMID:34533347
Abstract

There has been a growing interest in realizing quantum simulators for physical systems where perturbative methods are ineffective. The scalability and flexibility of circuit quantum electrodynamics make it a promising platform for implementing various types of simulators, including lattice models of strongly coupled field theories. Here, we use a multimode superconducting parametric cavity as a hardware-efficient analog quantum simulator, realizing a lattice in synthetic dimensions with complex hopping interactions. The coupling graph, i.e., the realized model, can be programmed in situ. The complex-valued hopping interaction further allows us to simulate, for instance, gauge potentials and topological models. As a demonstration, we simulate a plaquette of the bosonic Creutz ladder. We characterize the lattice with scattering measurements, reconstructing the experimental Hamiltonian and observing important precursors of topological features including nonreciprocal transport and Aharonov-Bohm caging. This platform can be easily extended to larger lattices and different models involving other interactions.

摘要

对于微扰方法无效的物理系统,实现量子模拟器的兴趣与日俱增。电路量子电动力学的可扩展性和灵活性使其成为实现各类模拟器的一个有前景的平台,包括强耦合场论的晶格模型。在此,我们使用多模超导参量腔作为一种硬件高效的模拟量子模拟器,在具有复跳迁相互作用的合成维度中实现一个晶格。耦合图,即所实现的模型,可以原位编程。复值跳迁相互作用还使我们能够例如模拟规范势和拓扑模型。作为演示,我们模拟了玻色子克鲁茨梯的一个面元。我们通过散射测量对晶格进行表征,重构实验哈密顿量并观察拓扑特征的重要先兆,包括非互易输运和阿哈罗诺夫 - 玻姆囚禁。该平台可以轻松扩展到更大的晶格以及涉及其他相互作用的不同模型。

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