Observación de la invariancia de calibre en un simulador cuántico de 71 sitios Bose-Hubbard

Área de la Ciencia:

• Física Cuántica
• Física de la materia condensada
• Física de las partículas

Sus antecedentes:

• El Modelo Estándar de la física de partículas se basa en teorías de calibre, que usan restricciones de simetría local para definir leyes fundamentales.
• La simulación de teorías de calibre en computadoras clásicas es computacionalmente intensiva, lo que genera interés en las simulaciones cuánticas.
• Las simulaciones cuánticas anteriores se han enfrentado a limitaciones en la implementación de simetrías de calibre esencial experimentalmente.

Objetivo del estudio:

• Para simular experimentalmente una extendida teoría de calibre de celosía y cuantificar la invarianza de calibre en un sistema cuántico de muchos cuerpos.
• Para explorar la interacción entre la materia y los campos de medición en un simulador cuántico controlable.

Principales métodos:

• Utilizó matrices libres de defectos de átomos bosónicos en una superred óptica (71 sitios) para realizar la materia y los campos de medición.
• Se ha logrado la plena sintonizabilidad de los parámetros del modelo y las interacciones entre la materia y el calibre de referencia al atravesar una transición de fase cuántica.
• Empleó técnicas de manipulación de alta fidelidad para medir la violación de la ley de Gauss mediante la extracción de probabilidades de estados localmente invariantes.

Principales resultados:

• Se realizó con éxito la simulación cuántica de una teoría de calibre de celosía extendida U.
• Invariancia de calibre cuantificada experimentalmente en un sistema de muchos cuerpos que comprende materia y campos de calibre que interactúan.
• Demostró la capacidad de medir el grado de violación de la ley de Gauss en el simulador cuántico.

Conclusiones:

• Este trabajo presenta la primera observación experimental y cuantificación de la invarianza de calibre en una simulación cuántica a gran escala.
• La plataforma de simulación cuántica desarrollada proporciona un nuevo enfoque para investigar la simetría de calibre y las interacciones de partículas fundamentales.
• Los simuladores cuánticos controlables ofrecen una vía prometedora para explorar teorías complejas de campos cuánticos más allá del alcance computacional clásico.