Formación de estados enlazados robustos de fotones de microondas que interactúan

Área de la Ciencia:

• La física cuántica
• Física de la materia condensada
• Ciencias de la información cuántica

Sus antecedentes:

• Los sistemas de partículas correlacionadas presentan desafíos computacionales significativos debido a las interdependencias complejas.
• La comprensión de sistemas fuertemente correlacionados disminuye con el aumento del número de partículas o la fuerza de interacción.
• Los estados unidos de partículas múltiples son una característica clave de los sistemas en interacción.

Objetivo del estudio:

• Investigar experimentalmente los estados de unión de partículas múltiples en una simulación cuántica del modelo de espín-1⁄2 XXZ.
• Explorar la estabilidad de estos estados ligados bajo condiciones que rompen la integrabilidad.
• Desarrollar nuevos métodos para la caracterización de espectros de pocos cuerpos y propiedades de estado ligado.

Principales métodos:

• Desarrollo e implementación de una puerta fSim parametrizable de alta fidelidad para qubits superconductores.
• Construcción de un circuito cuántico periódico que simule el modelo de spin-1⁄2 XXZ con 24 qubits.
• Utilizando un método sensible a la fase y el flujo sintético para analizar espectros de pocos cuerpos y pseudo-carga.
• Introducir interacciones para romper la integrabilidad y observar la resiliencia de los estados atados.

Principales resultados:

• Observación de estados limitados de excitaciones que se propagan en el circuito cuántico, que persisten hasta cinco fotones.
• Construcción exitosa del espectro de unos cuantos cuerpos y extracción de la pseudo-carga en estado unido.
• Resiliencia inesperada de los estados atados a la ruptura de integrabilidad, incluso cuando se superponen con el espectro continuo.
• Pruebas experimentales de la existencia y estabilidad de estados unidos de fotones que interactúan.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera evidencia experimental de los estados unidos de fotones que interactúan.
• Los estados limitados en esta simulación cuántica exhiben una notable estabilidad más allá del límite de integrabilidad.
• Estos hallazgos desafían la comprensión convencional de la estabilidad del estado ligado en sistemas cuánticos no integrables.