論文の概要: Schrieffer-Wolff Transformations for Experiments: Dynamically Suppressing Virtual Doublon-Hole Excitations in a Fermi-Hubbard Simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.07366v2
• Date: Wed, 4 May 2022 15:33:09 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-22 03:20:27.481923
• Title: Schrieffer-Wolff Transformations for Experiments: Dynamically Suppressing Virtual Doublon-Hole Excitations in a Fermi-Hubbard Simulator
• Title（参考訳）: 実験用シュリーファー・ヴォルフ変換:Fermi-Hubbardシミュレータにおける仮想ダビロン・ホール励起の動的抑制
• Authors: Anant Kale, Jakob Hendrik Huhn, Muqing Xu, Lev Haldar Kendrick, Martin Lebrat, Christie Chiu, Geoffrey Ji, Fabian Grusdt, Annabelle Bohrdt, Markus Greiner
• Abstract要約: 我々は,光学格子中のフェルミオン原子を用いて,近似$t-J-3s=モデル状態を動的に生成するプロトコルを提案する。 本プロトコルでは,光格子深度を線形に傾斜させることで,仮想ダビロンホールの変動を解消する。 より一般的に、このプロトコルは仮想励起の抑制を可能にすることにより、有効なモデルの研究に有用である。
• 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: In strongly interacting systems with a separation of energy scales, low-energy effective Hamiltonians help provide insights into the relevant physics at low temperatures. The emergent interactions in the effective model are mediated by virtual excitations of high-energy states: For example, virtual doublon-hole excitations in the Fermi-Hubbard model mediate antiferromagnetic spin-exchange interactions in the derived effective model, known as the $t-J-3s$ model. Formally this procedure is described by performing a unitary Schrieffer-Wolff basis transformation. In the context of quantum simulation, it can be advantageous to consider the effective model to interpret experimental results. However, virtual excitations such as doublon-hole pairs can obfuscate the measurement of physical observables. Here we show that quantum simulators allow one to access the effective model even more directly by performing measurements in a rotated basis. We propose a protocol to perform a Schrieffer-Wolff transformation on Fermi-Hubbard low-energy eigenstates (or thermal states) to dynamically prepare approximate $t-J-3s$ model states using fermionic atoms in an optical lattice. Our protocol involves performing a linear ramp of the optical lattice depth, which is slow enough to eliminate the virtual doublon-hole fluctuations but fast enough to freeze out the dynamics in the effective model. We perform a numerical study using exact diagonalization and find an optimal ramp speed for which the state after the lattice ramp has maximal overlap with the $t-J-3s$ model state. We compare our numerics to experimental data from our Lithium-6 fermionic quantum gas microscope and show a proof-of-principle demonstration of this protocol. More generally, this protocol can be beneficial to studies of effective models by enabling the suppression of virtual excitations in a wide range of quantum simulation experiments.
• Abstract（参考訳）: エネルギースケールを分離した強い相互作用を持つシステムでは、低エネルギー有効ハミルトニアンは、低温における関連する物理学に関する洞察を提供する。 実効モデルにおける創発的相互作用は、高エネルギー状態の仮想励起によって媒介される: 例えば、フェルミ・ハッバードモデルにおける仮想ダブルロンホール励起は、導出された実効モデルである$t-J-3s$モデルにおいて反強磁性スピン交換相互作用を媒介する。 形式的には、この手順はユニタリシュリーファー=ヴォルフ基底変換によって記述される。 量子シミュレーションの文脈では、実験結果を解釈する効果的なモデルを考えるのが有利である。 しかし、ダブルロン-ホール対のような仮想励起は、物理観測値の測定を難なくすることができる。 ここでは, 量子シミュレータを用いて, 回転ベースで測定を行うことにより, より直接的に有効なモデルにアクセスできることを示す。 フェルミ・ハバード低エネルギー固有状態(または熱状態)上でシュリーファー・ウルフ変換を行い、光学格子中のフェルミイオン原子を用いて近似 $t-j-3s$ モデル状態を作成するプロトコルを提案する。 提案プロトコルでは,光格子深度を線形に傾斜させることで,仮想二重ホール変動を排除できるが,有効モデルのダイナミクスを凍結させるのに十分高速である。 我々は, 正確な対角化による数値計算を行い, 格子傾斜後の状態が$t-J-3s$モデル状態と最大重なる最適ランプ速度を求める。 我々は、リチウム-6 フェルミイオン量子ガス顕微鏡による実験データと比較し、このプロトコルの原理実証を示す。 より一般的に、このプロトコルは、幅広い量子シミュレーション実験において仮想励起の抑制を可能にすることにより、有効なモデルの研究に有用である。

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