論文の概要: Observation of quantum superposition of topological defects in a trapped ion quantum simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.15389v1
• Date: Sun, 20 Oct 2024 13:27:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-22 13:18:04.779709
• Title: Observation of quantum superposition of topological defects in a trapped ion quantum simulator
• Title（参考訳）: トラップイオン量子シミュレータにおける位相欠陥の量子重ね合わせの観察
• Authors: Zhijie Cheng, Yukai Wu, Shijiao Li, Quanxin Mei, Bowen Li, Gangxi Wang, Yue Jiang, Binxiang Qi, Zichao Zhou, Panyu Hou, Luming Duan,
• Abstract要約: トラップイオン量子シミュレータにおけるトポロジカル欠陥の量子重ね合わせの観測について報告する。 我々の研究は、量子キブル・ズレーク物理学における非平衡力学のための有用なツールを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.307677845109378
• License:
• Abstract: Topological defects are discontinuities of a system protected by global properties, with wide applications in mathematics and physics. While previous experimental studies mostly focused on their classical properties, it has been predicted that topological defects can exhibit quantum superposition. Despite the fundamental interest and potential applications in understanding symmetry-breaking dynamics of quantum phase transitions, its experimental realization still remains a challenge. Here, we report the observation of quantum superposition of topological defects in a trapped-ion quantum simulator. By engineering long-range spin-spin interactions, we observe a spin kink splitting into a superposition of kinks at different positions, creating a ``Schrodinger kink'' that manifests non-locality and quantum interference. Furthermore, by preparing superposition states of neighboring kinks with different phases, we observe the propagation of the wave packet in different directions, thus unambiguously verifying the quantum coherence in the superposition states. Our work provides useful tools for non-equilibrium dynamics in quantum Kibble-Zurek physics.
• Abstract（参考訳）: トポロジカルな欠陥は、グローバルな性質によって保護されるシステムの不連続性であり、数学や物理学に広く応用されている。 以前の実験では、主に古典的な性質に焦点が当てられていたが、トポロジカルな欠陥は量子的重ね合わせを示すことができると予測されている。 量子相転移の対称性を破るダイナミクスを理解するための基本的な関心と潜在的な応用にもかかわらず、その実験的実現は依然として課題である。 本稿では,トラップイオン量子シミュレータにおけるトポロジカル欠陥の量子重ね合わせの観測について報告する。 長距離スピンスピン相互作用の工学により、異なる位置におけるキンクの重ね合わせに分裂するスピン・キンクを観察し、非局所性および量子干渉を示す `Schrodinger kink'' を生成する。 さらに、近傍のキンクの重ね合わせ状態を異なる位相で作成することにより、波状パケットの伝播を異なる方向に観察し、重ね合わせ状態における量子コヒーレンスを曖昧に検証する。 我々の研究は、量子キブル・ズレーク物理学における非平衡力学のための有用なツールを提供する。

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