論文の概要: Quantum simulation with Rydberg ions in a Penning trap

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.01626v1
• Date: Sun, 04 Jan 2026 18:11:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-06 16:25:22.578261
• Title: Quantum simulation with Rydberg ions in a Penning trap
• Title（参考訳）: ライドバーグイオンによるペニングトラップの量子シミュレーション
• Authors: Wilson S. Martins, Markus Hennrich, Ferdinand Schmidt-Kaler, Igor Lesanovsky,
• Abstract要約: 実験により,MHzの次数におけるスピンスピン相互作用の強度は実測的な条件下で達成可能であることを示す。 我々のプラットフォームは、電子Rydberg状態間の強い双極子相互作用と、ペニングトラップによって提供される平面閉じ込めを利用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.206151252240954
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum simulation of interacting many-body spin systems is routinely performed with cold trapped ions, and systems with hundreds of spins have been studied in one and two dimensions. In the most common realizations of these platforms, spin degrees of freedom are encoded in low-lying electronic levels, and interactions among the spins are mediated through crystal vibrations. Here we propose a new approach which enables the quantum simulation of two-dimensional spin systems with interaction strengths that are increased by orders of magnitude. This, together with the unprecedented longevity of trapped ions, opens an avenue for the exploration of phenomena that take place on long timescales, e.g., slow and collective relaxation in frustrated and kinetically constrained systems. Our platform makes use of the strong dipolar interactions among electronic Rydberg states and planar confinement provided by a Penning trap. We investigate how the strong electric and magnetic fields that form this trap affect the properties of the Rydberg states and show that spin-spin interaction strengths on the order of MHz are achievable under experimentally realistic conditions. As a brief illustration of the capabilities of this quantum simulator, we study the entanglement in a frustrated spin system realized by three ions.
• Abstract（参考訳）: 相互作用する多体スピン系の量子シミュレーションは、冷たく閉じ込められたイオンで定期的に行われ、数百個のスピンを持つ系は1次元と2次元で研究されている。 これらのプラットフォームの最も一般的な実現法では、スピン自由度は低い電子準位で符号化され、スピン間の相互作用は結晶振動によって媒介される。 本稿では,2次元スピン系の相互作用強度を桁違いに増大させる量子シミュレーションを可能にする新しい手法を提案する。 これは、捕捉されたイオンのかつてない長寿命性とともに、フラストレーションや運動に制約されたシステムにおいて、長い時間スケールで起こる現象の探索の道を開く。 我々のプラットフォームは、電子Rydberg状態間の強い双極子相互作用と、ペニングトラップによって提供される平面閉じ込めを利用する。 このトラップを形成する強い電場と磁場が、Rydberg状態の性質にどのように影響するかを考察し、実験的に現実的な条件下では、MHzの順序におけるスピン-スピン相互作用の強度が達成可能であることを示す。 この量子シミュレータの能力の簡単な例として、3つのイオンによって実現されたフラストレーションされたスピン系の絡み合いについて考察する。

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