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利用囚禁离子实现玻色子系统的可编程量子模拟

Programmable Quantum Simulations of Bosonic Systems with Trapped Ions.

作者信息

Katz Or, Monroe Christopher

机构信息

Duke Quantum Center, Duke University, Durham, North Carolina 27701, USA.

Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University, Durham, North Carolina 27708, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Jul 21;131(3):033604. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.033604.

DOI:10.1103/PhysRevLett.131.033604
PMID:37540877
Abstract

Trapped atomic ion crystals are a leading platform for quantum simulations of spin systems, with programmable and long-range spin-spin interactions mediated by excitations of phonons in the crystal. We describe a complementary approach for quantum simulations of bosonic systems using phonons in trapped-ion crystals, here mediated by excitations of the trapped-ion spins. The scheme enables a high degree of programability across a dense graph of bosonic couplings, utilizing long-lived collective phonon modes in a trapped-ion chain. As such, it is well suited for tackling hard problems such as boson sampling and simulations of long-range bosonic and spin-boson Hamiltonians.

摘要

捕获的原子离子晶体是自旋系统量子模拟的主要平台,其可编程且长程的自旋-自旋相互作用由晶体中声子的激发介导。我们描述了一种利用捕获离子晶体中的声子进行玻色子系统量子模拟的互补方法,这里由捕获离子的自旋激发介导。该方案能够在密集的玻色子耦合图上实现高度可编程性,利用捕获离子链中长寿命的集体声子模式。因此,它非常适合解决诸如玻色子采样以及长程玻色子和自旋-玻色子哈密顿量模拟等难题。

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