論文の概要: Large-Scale $2+1$D $\mathrm{U}(1)$ Gauge Theory with Dynamical Matter in
a Cold-Atom Quantum Simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.01380v2
- Date: Thu, 10 Nov 2022 11:07:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-20 16:39:22.407271
- Title: Large-Scale $2+1$D $\mathrm{U}(1)$ Gauge Theory with Dynamical Matter in
a Cold-Atom Quantum Simulator
- Title（参考訳）: コールド原子量子シミュレータにおける力学物質を含む大規模2+1$d$\mathrm{u}(1)$ゲージ理論
- Authors: Jesse Osborne, Ian P. McCulloch, Bing Yang, Philipp Hauke, Jad C.
Halimeh
- Abstract要約: 量子シミュレータ技術の主要な推進役は、高レベルの制御とチューニング性で合成量子物質のセットアップにおいて高エネルギー現象を観測することである。
本稿では、スピンレスボソンを持つ冷原子量子シミュレータにおいて、動的物質とゲージ場を持つ大規模2+1$D $mathrmU(1)$ゲージ理論を実験的に実現可能な実現法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1192594881563127
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A major driver of quantum-simulator technology is the prospect of probing
high-energy phenomena in synthetic quantum matter setups at a high level of
control and tunability. Here, we propose an experimentally feasible realization
of a large-scale $2+1$D $\mathrm{U}(1)$ gauge theory with dynamical matter and
gauge fields in a cold-atom quantum simulator with spinless bosons. We present
the full mapping of the corresponding Gauss's law onto the bosonic
computational basis. We then show that the target gauge theory can be
faithfully realized and stabilized by an emergent gauge protection term in a
two-dimensional single-species Bose--Hubbard optical Lieb superlattice with two
spatial periods along either direction, thereby requiring only moderate
experimental resources already available in current cold-atom setups. Using
infinite matrix product states, we calculate numerical benchmarks for adiabatic
sweeps and global quench dynamics that further confirm the fidelity of the
mapping. Our work brings quantum simulators of gauge theories a significant
step forward in terms of investigating particle physics in higher spatial
dimensions, and is readily implementable in existing cold-atom platforms.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレータ技術の主要な推進役は、高レベルの制御とチューニング性で合成量子物質のセットアップにおいて高エネルギー現象を観測することである。
ここでは,スピンレスボーソンを用いたコールド原子量子シミュレータにおいて,動的物質とゲージ場を持つ大規模2+1$d$\mathrm{u}(1)$ゲージ理論を実験的に実現することを提案する。
対応するガウスの法則のボソニック計算基底への全写像を提示する。
次に,2つの空間周期を有する2次元単種bose-hubbard光学リーブ超格子において,目標ゲージ理論を創発的ゲージ保護項によって忠実に実現・安定化できることを示す。
無限行列積状態を用いて断熱スイープと大域的クエンチダイナミクスの数値ベンチマークを計算し、マッピングの忠実性をさらに確認する。
我々の研究は、ゲージ理論の量子シミュレーターを高空間次元における粒子物理学の研究において大きな前進をもたらし、既存の冷原子プラットフォームで容易に実装できる。
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