論文の概要: Observing dynamical phases of BCS superconductors in a cavity QED simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.00066v2
• Date: Fri, 23 Feb 2024 18:52:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-26 18:29:22.023352
• Title: Observing dynamical phases of BCS superconductors in a cavity QED simulator
• Title（参考訳）: キャビティQEDシミュレータにおけるBCS超伝導体の動的相観察
• Authors: Dylan J. Young, Anjun Chu, Eric Yilun Song, Diego Barberena, David Wellnitz, Zhijing Niu, Vera M. Sch\"afer, Robert J. Lewis-Swan, Ana Maria Rey, James K. Thompson
• Abstract要約: 従来の超伝導体では、反対モータを持つ電子は、材料中のフォノンによって媒介される魅力的な相互作用によってクーパー対に結合する。 超伝導は自然に熱平衡で現れるが、系のパラメータが突然変化すると平衡から出てくることもある。 ここでは空洞量子電気力学を用いて提案した動的位相を生成する別の方法を実現する。
• 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: In conventional Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) superconductors, electrons with opposite momenta bind into Cooper pairs due to an attractive interaction mediated by phonons in the material. While superconductivity naturally emerges at thermal equilibrium, it can also emerge out of equilibrium when the system's parameters are abruptly changed. The resulting out-of-equilibrium phases are predicted to occur in real materials and ultracold fermionic atoms but have not yet all been directly observed. Here we realize an alternate way to generate the proposed dynamical phases using cavity quantum electrodynamics (cavity QED). Our system encodes the presence or absence of a Cooper pair in a long-lived electronic transition in $^{88}$Sr atoms coupled to an optical cavity and represents interactions between electrons as photon-mediated interactions through the cavity. To fully explore the phase diagram, we manipulate the ratio between the single-particle dispersion and the interactions after a quench and perform real-time tracking of subsequent dynamics of the superconducting order parameter using non-destructive measurements. We observe regimes where the order parameter decays to zero (phase I), assumes a non-equilibrium steady-state value (phase II), or exhibits persistent oscillations (phase III). This opens up exciting prospects for quantum simulation, including the potential to engineer unconventional superconductors and to probe beyond mean-field effects like the spectral form factor, and for increasing coherence time for quantum sensing.
• Abstract（参考訳）: 従来のバルディーン・クーパー・シュリーファー超伝導体では、材料中のフォノンによって媒介される魅力的な相互作用により、反対モータを持つ電子がクーパー対に結合する。 超伝導は自然に熱平衡で現れるが、系のパラメータが突然変化したときには平衡から生じることもある。 結果として生じる平衡状態は、実際の物質や超低温のフェルミオン原子で起こると予測されるが、全てが直接観察されていない。 ここではキャビティ量子電気力学(キャビティQED)を用いて提案した動的位相を生成する代替手法を実現する。 我々のシステムは、光学キャビティに結合した$^{88}$Sr原子の長い電子遷移におけるクーパー対の存在または欠如を符号化し、電子間の相互作用を光子による相互作用として表現する。 位相図を完全探索するため, クエンチ後の単一粒子分散と相互作用の比を演算し, 非破壊測定を用いて超伝導秩序パラメータの追従ダイナミクスのリアルタイム追跡を行う。 順序パラメータがゼロに崩壊する状態(第i相)を観測し、非平衡定常値(第ii相)を仮定するか、持続振動を示す(第iii相)。 これは、従来の超伝導体を設計し、スペクトル形成因子のような平均場効果を越えて探究し、量子センシングのコヒーレンス時間を増やす可能性を含む、量子シミュレーションのエキサイティングな可能性を開く。

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