論文の概要: A neutral-atom Hubbard quantum simulator in the cryogenic regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.00095v1
• Date: Fri, 31 Jan 2025 18:59:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:52:54.450110
• Title: A neutral-atom Hubbard quantum simulator in the cryogenic regime
• Title（参考訳）: 低温状態における中性原子ハバード量子シミュレータ
• Authors: Muqing Xu, Lev Haldar Kendrick, Anant Kale, Youqi Gang, Chunhan Feng, Shiwei Zhang, Aaron W. Young, Martin Lebrat, Markus Greiner,
• Abstract要約: 我々は、ハバードモデルの大規模量子シミュレーションを全く新しい状態へと導くために、数倍の温度低下を実証した。 我々は量子シミュレーションを用いて、ドーピングで同様の低温を達成するための新しい経路を特定できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.55463709159441
• License:
• Abstract: Ultracold fermionic atoms in optical lattices offer pristine realizations of Hubbard models, which are fundamental to modern condensed matter physics and the study of strongly-correlated quantum materials. Despite significant advancements, the accessible temperatures in these optical lattice material analogs are still too high to address many open problems beyond the reach of current numerical techniques. Here, we demonstrate a several-fold reduction in temperature, bringing large-scale quantum simulations of the Hubbard model into an entirely new regime. This is accomplished by transforming a low entropy product state into strongly-correlated states of interest via dynamic control of the model parameters, which is extremely challenging to simulate classically and so explored using the quantum simulator itself. At half filling, the long-range antiferromagnetic order is close to saturated, leading to a temperature of $T/t=0.05_{-0.05}^{0.06}$ based on comparisons to numerically exact simulations. Doped away from half-filling no unbiased numerical simulation is available. Importantly, we are able to use quantum simulation to identify a new pathway for achieving similarly low temperatures with doping. This is confirmed by comparing short-range spin correlations to state-of-the-art, but approximate, constrained-path auxiliary field quantum Monte Carlo simulations. Compared to the cuprates, the reported temperatures correspond to a reduction from far above to significantly below room temperature, where physics such as the pseudogap and stripe phases may be expected. Our work opens the door to quantum simulations that solve open questions in material science, develop synergies with numerical methods and theoretical studies, and lead to discoveries of new physics.
• Abstract（参考訳）: 光学格子中の超低温フェルミオン原子は、現代の凝縮物質物理学や強相関量子材料の研究の基礎となるハバードモデルのプリスタン的実現を提供する。 著しい進歩にもかかわらず、これらの光学格子材料アナログのアクセス可能な温度は、現在の数値技術の範囲を超えて多くの未解決問題に対処するには、まだ高すぎる。 ここでは、ハバードモデルの大規模量子シミュレーションを全く新しい状態へと導くために、数倍の温度低下を実証する。 これは、低エントロピー積状態をモデルパラメータの動的制御を通じて強い相関状態に変換することで達成される。 半充填の場合、長距離反強磁性秩序は飽和状態に近づき、数値的に正確なシミュレーションと比較すると、温度は$T/t=0.05_{-0.05}^{0.06}$となる。 半分に満たされていない数値シミュレーションは利用できない。 重要なことは、ドーピングで同様の低温を達成するための新しい経路を量子シミュレーションで特定できることです。 このことは、短距離スピン相関と最先端だが近似的、制約された経路量子モンテカルロシミュレーションを比較することで確認される。 カップレートと比較すると、報告された温度は、擬似ギャップやストライプ相といった物理が期待できるような室温からかなり低い室温まで減少する。 我々の研究は、物質科学のオープンな問題を解く量子シミュレーションへの扉を開き、数値的な方法や理論的な研究と相乗効果を開発し、新しい物理学の発見につながる。

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