論文の概要: Realization of three and four-body interactions between momentum states in a cavity through optical dressing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.12132v1
• Date: Wed, 16 Oct 2024 00:29:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-17 13:41:11.575159
• Title: Realization of three and four-body interactions between momentum states in a cavity through optical dressing
• Title（参考訳）: 光ドレッシングによるキャビティ内の運動量状態間の3体および4体相互作用の実現
• Authors: Chengyi Luo, Haoqing Zhang, Chitose Maruko, Eliot A. Bohr, Anjun Chu, Ana Maria Rey, James K. Thompson,
• Abstract要約: レーザー冷却された原子の集合体を高精細な光学キャビティに利用して,有効$n=3$ボディハミルトン相互作用を観測した。 結果として生じる光子を介する相互作用は、$n>2$-body だけでなく、オール・トゥ・オール(-to-all) である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Paradigmatic spin Hamiltonians in condensed matter and quantum sensing typically utilize pair-wise or 2-body interactions between constituents in the material or ensemble. However, there is growing interest in exploring more general $n$-body interactions for $n >2$, with examples including more efficient quantum gates or the realization of exotic many-body fracton states. Here we realize an effective $n=3$-body Hamiltonian interaction using an ensemble of laser-cooled atoms in a high finesse optical cavity with the pseudo-spin 1/2 encoded by two atomic momentum states. To realize this interaction, we apply two dressing tones that coax the atoms to exchange photons via the cavity to realize a virtual 6-photon process, while the lower-order interactions destructively interfere. The resulting photon mediated interactions are not only $n>2$-body but also all-to-all(-to-all) and therefore of great interest for fast entanglement generation and quantum simulation of exotic phases such as the long sought but not yet observed charge-Qe superconductors, with $Q=2n$ . The versatility of our experimental system can also allow for extending to 3-body interactions in multi-level systems or to higher-order interactions, such as the signature of a $n=4$-body interaction mediated by a virtual eight photon process that we also observe.
• Abstract（参考訳）: 凝縮物質と量子センシングにおけるパラダイムスピンハミルトニアンは、典型的には、材料やアンサンブルの構成要素間のペアワイドまたは2ボディの相互作用を利用する。 しかし、より効率的な量子ゲートやエキゾチックな多体フラクトン状態の実現など、より一般的な$n > 2$の相互作用を探索することへの関心が高まっている。 ここでは、2つの原子運動量状態によって符号化された擬似スピン1/2を持つ高精細光学キャビティにおけるレーザー冷却原子のアンサンブルを用いた有効$n=3$ボディハミルトン相互作用を実現する。 この相互作用を実現するために、2つのドレッシングトーンを適用し、原子が共振器を介して光子を交換し、仮想的な6光子過程を実現する一方、下層の相互作用は破壊的に干渉する。 結果として生じる光子を媒介する相互作用は、$n>2$-body だけでなく、すべて-to-all(-to-all) であるので、高速な絡み合い生成や、長く望まれるがまだ観測されていない電荷-Qe超伝導体のようなエキゾチック相の量子シミュレーションには、$Q=2n$ の強い関心がある。 実験システムの汎用性はまた、仮想的な8光子プロセスによって媒介される$n=4$-body相互作用のシグネチャなど、マルチレベルシステムにおける3体インタラクションや高次インタラクションにまで拡張することが可能である。

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