論文の概要: Programmable Interactions and Emergent Geometry in an Atomic Array
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.04070v1
- Date: Tue, 8 Jun 2021 03:00:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-27 06:52:46.605809
- Title: Programmable Interactions and Emergent Geometry in an Atomic Array
- Title（参考訳）: 原子配列におけるプログラマブル相互作用と創発幾何学
- Authors: Avikar Periwal, Eric S. Cooper, Philipp Kunkel, Julian F. Wienand,
Emily J. Davis, Monika Schleier-Smith
- Abstract要約: 非局所的な相互作用は、量子系の情報の流れと相関の形成を制御している。
光学キャビティ内の原子アンサンブルの配列におけるプログラム可能な非局所相互作用の実現について報告する。
我々の研究は、フラストレーション磁石とトポロジカルフェーズのシミュレーション、量子最適化アルゴリズムの調査、およびセンシングと計算のための新しい絡み合ったリソース状態の工学に関する幅広い展望を開放する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Interactions govern the flow of information and the formation of correlations
in quantum systems, dictating the phases of matter found in nature and the
forms of entanglement generated in the laboratory. Typical interactions decay
with distance and thus produce a network of connectivity governed by geometry,
e.g., by the crystalline structure of a material or the trapping sites of atoms
in a quantum simulator. However, many envisioned applications in quantum
simulation and computation require richer coupling graphs including nonlocal
interactions, which notably feature in mappings of hard optimization problems
onto frustrated spin systems and in models of information scrambling in black
holes. Here, we report on the realization of programmable nonlocal interactions
in an array of atomic ensembles within an optical cavity, where photons carry
information between distant atomic spins. By programming the
distance-dependence of interactions, we access effective geometries where the
dimensionality, topology, and metric are entirely distinct from the physical
arrangement of atoms. As examples, we engineer an antiferromagnetic triangular
ladder, a Moebius strip with sign-changing interactions, and a treelike
geometry inspired by concepts of quantum gravity. The tree graph constitutes a
toy model of holographic duality, where the quantum system may be viewed as
lying on the boundary of a higher-dimensional geometry that emerges from
measured spin correlations. Our work opens broader prospects for simulating
frustrated magnets and topological phases, investigating quantum optimization
algorithms, and engineering new entangled resource states for sensing and
computation.
- Abstract（参考訳）: 相互作用は、情報の流れと量子系における相関の形成を制御し、自然界に存在する物質の位相と実験室で生成される絡み合いの形を規定する。
典型的な相互作用は距離とともに崩壊し、例えば量子シミュレータにおける物質の結晶構造や原子のトラップサイトによって、幾何によって支配される接続のネットワークを形成する。
しかし、量子シミュレーションや計算における多くの想定された応用は、非局所的な相互作用を含むよりリッチな結合グラフを必要とする。
本稿では、光子が遠方の原子スピンの間で情報を伝達する光学空洞内の原子アンサンブル配列におけるプログラマブルな非局所相互作用の実現について報告する。
相互作用の距離依存性をプログラムすることで、次元、トポロジー、計量が原子の物理的配置と完全に異なる、効果的なジオメトリにアクセスする。
例えば、反強磁性三角ラダー、符号交換相互作用を持つモエビウスストリップ、量子重力の概念に触発された木のような幾何学を設計。
ツリーグラフはホログラフィック双対性のおもちゃモデルを構成し、量子系は測定されたスピン相関から現れる高次元幾何学の境界上にあると見なすことができる。
我々の研究は、フラストレーション磁石とトポロジカルフェーズのシミュレーション、量子最適化アルゴリズムの調査、およびセンシングと計算のための新しい絡み合ったリソース状態の工学に関する幅広い展望を開放する。
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