論文の概要: Quantum dynamics of a fully-blockaded Rydberg atom ensemble

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18616v1
• Date: Thu, 30 Nov 2023 15:15:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-01 16:08:43.337371
• Title: Quantum dynamics of a fully-blockaded Rydberg atom ensemble
• Title（参考訳）: 完全に閉塞されたRydberg原子アンサンブルの量子力学
• Authors: Dominik S. Wild, Sabina Dr\u{a}goi, Corbin McElhanney, Jonathan Wurtz, Sheng-Tao Wang
• Abstract要約: 我々は、置換対称性を持つ強い相互作用を持つ原子のアンサンブルを研究する。 任意の置換不変量子状態を作成するために、この形式を用いて効率的なパルス列を導出する。 我々の結果は、大規模相互作用と非可積分量子系の実験的および理論的研究のための新たな機会を生み出した。
• 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: Classical simulation of quantum systems plays an important role in the study of many-body phenomena and in the benchmarking and verification of quantum technologies. Exact simulation is often limited to small systems because the dimension of the Hilbert space increases exponentially with the size of the system. For systems that possess a high degree of symmetry, however, classical simulation can reach much larger sizes. Here, we consider an ensemble of strongly interacting atoms with permutation symmetry, enabling the simulation of dynamics of hundreds of atoms at arbitrarily long evolution times. The system is realized by an ensemble of three-level atoms, where one of the levels corresponds to a highly excited Rydberg state. In the limit of all-to-all Rydberg blockade, the Hamiltonian is invariant under permutation of the atoms. Using techniques from representation theory, we construct a block-diagonal form of the Hamiltonian, where the size of the largest block increases only linearly with the system size. We apply this formalism to derive efficient pulse sequences to prepare arbitrary permutation-invariant quantum states. Moreover, we study the quantum dynamics following a quench, uncovering a parameter regime in which the system thermalizes slowly and exhibits pronounced revivals. Our results create new opportunities for the experimental and theoretical study of large interacting and nonintegrable quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 量子システムの古典的シミュレーションは、多体現象の研究や量子技術のベンチマークや検証において重要な役割を果たす。 ヒルベルト空間の次元は系の大きさとともに指数関数的に増加するので、厳密なシミュレーションはしばしば小さな系に限られる。 しかし、対称性の高い系では、古典的なシミュレーションの方がはるかに大きなサイズに達する。 ここでは、置換対称性を持つ強相互作用原子のアンサンブルを考え、任意に長い進化時間における数百個の原子のダイナミクスのシミュレーションを可能にする。 この系は3レベル原子のアンサンブルによって実現され、そのうちの1つのレベルは高励起リドバーグ状態に対応する。 すべてのライドバーグ封鎖の極限において、ハミルトニアンは原子の置換の下で不変である。 表現論の技法を用いて、ハミルトニアンのブロック対角形を構築し、最大のブロックのサイズはシステムサイズと直線的にしか増加しない。 我々はこの形式を、任意の置換不変量子状態を作成するための効率的なパルス列の導出に適用する。 さらに, クエンチ後の量子力学を考察し, システムがゆっくりと熱化し, 顕著なリバイバルを示すパラメータ構造を明らかにする。 我々の結果は、大規模相互作用と非可積分量子系の実験的および理論的研究のための新たな機会を生み出す。

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