論文の概要: Observation of string breaking on a (2 + 1)D Rydberg quantum simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.16558v1
• Date: Mon, 21 Oct 2024 22:33:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-23 14:27:12.760791
• Title: Observation of string breaking on a (2 + 1)D Rydberg quantum simulator
• Title（参考訳）: a (2 + 1)D Rydberg 量子シミュレータ上での弦の破れの観測
• Authors: Daniel Gonzalez-Cuadra, Majd Hamdan, Torsten V. Zache, Boris Braverman, Milan Kornjaca, Alexander Lukin, Sergio H. Cantu, Fangli Liu, Sheng-Tao Wang, Alexander Keesling, Mikhail D. Lukin, Peter Zoller, Alexei Bylinskii,
• Abstract要約: プログラム可能な量子シミュレータを用いた合成量子物質中の弦の破れの観測を報告する。 我々の研究は、プログラム可能な量子シミュレーターを用いて高エネルギー物理学における現象を探索する方法を開拓する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 59.63568901264298
• License:
• Abstract: Lattice gauge theories (LGTs) describe a broad range of phenomena in condensed matter and particle physics. A prominent example is confinement, responsible for bounding quarks inside hadrons such as protons or neutrons. When quark-antiquark pairs are separated, the energy stored in the string of gluon fields connecting them grows linearly with their distance, until there is enough energy to create new pairs from the vacuum and break the string. While such phenomena are ubiquitous in LGTs, simulating the resulting dynamics is a challenging task. Here, we report the observation of string breaking in synthetic quantum matter using a programmable quantum simulator based on neutral atom arrays. We show that a (2+1)D LGT with dynamical matter can be efficiently implemented when the atoms are placed on a Kagome geometry, with a local U(1) symmetry emerging from the Rydberg blockade, while long-range Rydberg interactions naturally give rise to a linear confining potential for a pair of charges, allowing us to tune both their masses as well as the string tension. We experimentally map out the corresponding phase diagram by adiabatically preparing the ground state of the atom array in the presence of defects, and observe substructure of the confined phase, distinguishing regions dominated by fluctuating strings or by broken string configurations. Finally, by harnessing local control over the atomic detuning, we quench string states and observe string breaking dynamics exhibiting a many-body resonance phenomenon. Our work paves a way to explore phenomena in high-energy physics using programmable quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 格子ゲージ理論(LGTs)は、凝縮物質や粒子物理学における幅広い現象を記述している。 顕著な例は閉じ込めであり、陽子や中性子のようなハドロンの中でクォークを束縛する。 クォーク-反クォーク対が分離されると、それらと接続するグルーオン場の列に蓄えられたエネルギーは、真空から新しいペアを作るのに十分なエネルギーになるまで直線的に成長し、弦を破る。 このような現象はLGTでは至るところで見られるが、結果のダイナミクスをシミュレートすることは難しい課題である。 本稿では,中性原子配列に基づくプログラム可能な量子シミュレータを用いて,合成量子物質中の弦の破れを観察する。 我々は、(2+1)DのLGTを、(2+1)Dの動的物質がカゴメ幾何学上に置かれたときに効率的に実装できることを示し、Rydbergブロックから局所的なU(1)対称性が生じる一方、長距離のRydberg相互作用は、一対の電荷に対して線形収束ポテンシャルを自然に生み出し、それらの質量と弦張力の両方を調整できることを示した。 本研究では, 欠陥の有無で原子配列の基底状態を作成して対応する位相図を実験的にマッピングし, 拘束された位相のサブ構造を観察し, 揺動する弦や壊れた弦によって支配される領域を識別する。 最後に,原子デチューニングを局所的に制御することにより,多体共鳴現象を示す弦状態のクレンチと弦破壊ダイナミクスの観察を行う。 我々の研究は、プログラム可能な量子シミュレーターを用いて高エネルギー物理学における現象を探索する方法を開拓する。

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