論文の概要: Towards $2+1$D quantum electrodynamics on a cold-atom quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.04948v1
- Date: Wed, 04 Feb 2026 19:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-06 18:49:08.571132
- Title: Towards $2+1$D quantum electrodynamics on a cold-atom quantum simulator
- Title（参考訳）: コールド原子量子シミュレータにおける2+1ドルの量子電磁力学を目指して
- Authors: Peter Majcen, Jesse J. Osborne, Philipp Hauke, Bing Yang, Simone Montangero, Jad C. Halimeh,
- Abstract要約: 本稿では,スピン$S=1$ truncationにおける格子ゲージ理論の実現可能なコールド原子量子シミュレータを提案する。
我々は、この理論のボソニックな計算ベースへのマッピングを導出し、創発的なゲージ保護機構によって安定化する。
我々の研究は、高次元格子ゲージ理論をシミュレートするための実験的展望を著しく前進させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.074088857446944
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cold atoms have become a powerful platform for quantum-simulating lattice gauge theories in higher spatial dimensions. However, such realizations have been restricted to the lowest possible truncations of the gauge field, which limit the connections one can make to lattice quantum electrodynamics. Here, we propose a feasible cold-atom quantum simulator of a $(2+1)$-dimensional U$(1)$ lattice gauge theory in a spin $S=1$ truncation, featuring dynamical matter and gauge fields. We derive a mapping of this theory onto a bosonic computational basis, stabilized by an emergent gauge-protection mechanism through quantum Zeno dynamics. The implementation is based on a single-species Bose--Hubbard model realized in a tilted optical superlattice. This approach requires only moderate experimental resources already available in current ultracold-atom platforms. Using infinite matrix product state simulations, we benchmark real-time dynamics under global quenches. The results demonstrate faithful evolution of the target gauge theory and robust preservation of the gauge constraints. Our work significantly advances the experimental prospects for simulating higher-dimensional lattice gauge theories using larger gauge-field truncations.
- Abstract（参考訳）: コールド原子は、高空間次元における量子シミュレーション格子ゲージ理論の強力な基盤となっている。
しかし、そのような実現はゲージ場の最小の切り離しに制限されており、格子量子力学への接続を制限することができる。
本稿では, 2+1) 次元 U$(1)$ 格子ゲージ理論をスピン$S=1$ truncation で実現可能なコールド原子量子シミュレータを提案する。
我々はこの理論を、量子ゼノダイナミクスによる創発的なゲージ保護機構によって安定化されたボソニックな計算基底にマッピングする。
この実装は、傾斜した光学超格子で実現された単一種 Bose--Hubbard モデルに基づいている。
このアプローチでは、現在ウルトラコールド原子プラットフォームで既に利用可能な中程度の実験資源しか必要としない。
無限行列積状態シミュレーションを用いて、大域的クエンチの下でリアルタイムダイナミクスをベンチマークする。
その結果、目標ゲージ理論の忠実な進化とゲージ制約の頑健な保存が示された。
我々の研究は、より大きいゲージ場トランケーションを用いた高次元格子ゲージ理論をシミュレーションするための実験的展望を著しく前進させる。
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