在一个有数百次旋转的被困离子量子模拟器中设计了二维的Ising相互作用

科学领域:

• 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
• 量子仿真是一种量子仿真.
• 量子磁力学是一种量子磁力学.

背景情况:

• 远程量子自旋相关性对于诸如高温超导等现象至关重要.
• 研究强烈相关的自旋系统 (例如,自旋液体) 具有挑战性,因为N > 30的N体纠的计算难以处理.
• 正如费曼所预测的那样,量子模拟器提供了一种有希望的方法来克服这些计算限制.

研究的目的:

• 在大型量子比特阵列上演示一个可扩展的旋转-旋转相互作用的量子模拟.
• 在2D网格上实现和控制可变范围的Ising型旋转-旋转相互作用.
• 为了使复杂的量子磁现象的研究,目前计算难以处理.

主要方法:

• 使用自然存在的二维三角晶格,由数百个旋转半离子组成,存储在Penning陷中.
• 实现了自旋依赖的光学双极力,以设计可调节的,可变范围的Ising型自旋-自旋相互作用,J(i,j).
• 研究的相互作用与功率规律对互旋距离的依赖,J{\displaystyle i,j} d{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,}^{\displaystyle i,j}^{\displaystyle i,}^{\displaystyle i,j}-a),对于0 ≤ a ≤ 3.

主要成果:

• 成功地在数百个量子比特的计算相关尺度上演示了可变范围的旋转-旋转相互作用,比以前的实验大一点.
• 展示了反铁磁相互作用与可调节的功率定律依赖性 (0.05 ≤ a ≤ 1.4),对应于无限范围,库伦式,单极-双极和双极-双极合.
• 在实验结果和实现相互作用的理论预测之间取得了很好的一致性.

结论:

• 开发的量子模拟技术,利用大量的量子比特和可调的相互作用在Penning陷中,克服了以前的实验限制.
• 这一进步使复杂的,计算难以解决的量子磁力问题的模拟变得更容易实现.
• 宁陷平台的高旋转数,优秀的量子控制和技术简单性为未来在凝聚物质物理学方面的发现铺平了道路.