論文の概要: Realizing a 1D topological gauge theory in an optically dressed BEC
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.05380v3
- Date: Sun, 16 Oct 2022 18:17:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-17 08:03:01.056067
- Title: Realizing a 1D topological gauge theory in an optically dressed BEC
- Title（参考訳）: 光学式BECにおける1次元トポロジカルゲージ理論の実現
- Authors: Anika Fr\"olian, Craig S. Chisholm, Elettra Neri, Cesar R. Cabrera,
Ram\'on Ramos, Alessio Celi and Leticia Tarruell
- Abstract要約: トポロジカルゲージ理論は、効果的な弱い相互作用モデルによる強い相関量子系の低エネルギー特性を記述する。
従来のソリッドステート・プラットフォームでは、そのようなゲージ理論は便利な理論的な構成にすぎない。
ボース・アインシュタイン凝縮体におけるチャーン・サイモンズ理論の1次元還元を実現することでトポロジカルゲージ理論の量子シミュレーションを報告する。
- 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: Topological gauge theories describe the low-energy properties of certain
strongly correlated quantum systems through effective weakly interacting
models. A prime example is the Chern-Simons theory of fractional quantum Hall
states, where anyonic excitations emerge from the coupling between weakly
interacting matter particles and a density-dependent gauge field. Although in
traditional solid-state platforms such gauge theories are only convenient
theoretical constructions, engineered quantum systems enable their direct
implementation and provide a fertile playground to investigate their
phenomenology without the need for strong interactions. Here, we report the
quantum simulation of a topological gauge theory by realizing a one-dimensional
reduction of the Chern-Simons theory (the chiral BF theory) in a Bose-Einstein
condensate. Using the local conservation laws of the theory, we eliminate the
gauge degrees of freedom in favour of chiral matter interactions, which we
engineer by synthesizing optically dressed atomic states with
momentum-dependent scattering properties. This allows us to reveal the key
properties of the chiral BF theory: the formation of chiral solitons and the
emergence of an electric field generated by the system itself. Our results
expand the scope of quantum simulation to topological gauge theories and open a
route to the implementation of analogous gauge theories in higher dimensions.
- Abstract（参考訳）: 位相ゲージ理論は、弱い相互作用モデルを通じて、ある強い相関を持つ量子系の低エネルギー特性を記述する。
第一の例は分数量子ホール状態のチャーン・サイモンズ理論であり、素粒子と密度依存ゲージ場の間のカップリングからエナロン励起が発生する。
従来の固体プラットフォームではそのようなゲージ理論は有用な理論的な構成に過ぎず、設計された量子システムによって直接実装が可能となり、強い相互作用を必要とせず、その現象を調査するための肥大な遊び場が提供される。
本稿では,ボース・アインシュタイン凝縮体におけるチャーン・サイモンズ理論(キラルBF理論)の一次元還元を実現することで,位相ゲージ理論の量子シミュレーションを報告する。
この理論の局所保存法則を用いて、光学的に服を着た原子状態と運動量依存的な散乱特性を合成することにより、キラル物質相互作用を優先して自由度を除去する。
これにより、キラルなBF理論の重要な性質、すなわち、キラルなソリトンの形成と、系自体によって生じる電場の発生を明らかにすることができる。
この結果は、量子シミュレーションの範囲をトポロジカルゲージ理論に拡大し、高次元における類似ゲージ理論の実装への道を開く。
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