Las fases cuánticas de la materia en un simulador cuántico programable de 256 átomos

Área de la Ciencia:

• Simulación cuántica
• Ciencias de la información cuántica
• Física atómica

Sus antecedentes:

• Los sistemas cuánticos programables a gran escala son cruciales para las simulaciones cuánticas en física y química, y para el procesamiento de información cuántica.
• Estos sistemas ofrecen información sobre la materia cuántica fuertemente correlacionada y permiten nuevos métodos para el cálculo y la metrología.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar un simulador cuántico programable utilizando matrices 2D de átomos neutros preparados de manera determinista.
• Realizar y estudiar un modelo de espín cuántico con interacciones sintonizables para tamaños de sistema de hasta 256 qubits.
• Investigar nuevas fases cuánticas y mapear sus diagramas de fase.

Principales métodos:

• Utilizando la excitación atómica coherente en los estados de Rydberg para controlar las interacciones fuertes.
• Estoy preparando una matriz bidimensional de átomos neutros.
• Caracterizando los estados de alta fidelidad y la dinámica crítica cuántica.

Principales resultados:

• Realización de un modelo de espín cuántico con interacciones sintonizables (64-256 qubits).
• Caracterización de estados ordenados antiferromagnéticamente de alta fidelidad.
• Demostración de la dinámica crítica cuántica consistente con una transición de fase cuántica de Ising en (2+1) dimensiones.
• Creación y estudio de nuevas fases cuánticas impulsadas por interacciones y excitación láser.
• Mapeo experimental de diagramas de fase y investigación de las fluctuaciones cuánticas.

Conclusiones:

• El simulador cuántico desarrollado proporciona una nueva plataforma para estudiar la materia cuántica compleja.
• Las observaciones allanan el camino para investigar las fases cuánticas exóticas y la dinámica de entrelazamiento de no equilibrio.
• Permite la realización eficiente del hardware de los algoritmos cuánticos.