論文の概要: Quantum Simulation of Two-Dimensional Free Dirac Hamiltonian in Multimode Circuit QED

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.16628v1
• Date: Tue, 15 Sep 2026 04:45:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.344157
• Title: Quantum Simulation of Two-Dimensional Free Dirac Hamiltonian in Multimode Circuit QED
• Title（参考訳）: マルチモード回路QEDにおける2次元自由ディラックハミルトニアンの量子シミュレーション
• Abstract要約: 回路QEDにおけるプログラマブルな2次元自由ディラックハミルトニアンを実現する。 2次元の大質量ディラック粒子の回転Zitterbewegungと有効質量への依存性を観察した。 我々は,高次元相対論的量子力学のためのコンパクトでプログラム可能なプラットフォームとして,マルチモード回路QEDを構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9707301844487093
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Two-dimensional massive Dirac systems feature a gapped Dirac-cone dispersion central to a broad range of phenomena in condensed-matter and topological physics. While quantum simulations have demonstrated one-dimensional Dirac dynamics and two-dimensional massless Weyl dynamics, programmable simulation of massive two-dimensional Dirac dynamics remains experimentally unexplored. Here, we realize a programmable two-dimensional free Dirac Hamiltonian in circuit QED, with independently tunable spin-momentum couplings and mass, using a single Rabi-driven qubit coupled to two modes of a multimode cavity. Using this Hamiltonian, we observe rotational Zitterbewegung of a two-dimensional massive Dirac particle and its dependence on the effective mass. Time-dependent master-equation simulations incorporating measured decoherence, corrections beyond the rotating-wave approximation (RWA), and anharmonicity of the transmon reproduce the observed dynamics. Our results establish multimode circuit QED as a compact, programmable platform for higher-dimensional relativistic quantum dynamics and provide a foundation for exploring dynamical and topological phenomena in gapped Dirac systems.
• Abstract（参考訳）: 2次元の大規模ディラック系は、凝縮マッターおよび位相物理学における幅広い現象の中心となるギャップ付きディラックコーン分散を特徴とする。 量子シミュレーションは1次元ディラック力学と2次元の質量を持たないワイル力学を実証しているが、巨大な2次元ディラック力学のプログラム可能なシミュレーションは実験的に未解明のままである。 そこで我々は, 1つのRabi駆動キュービットを2つのモードに結合させて, 独立に調整可能なスピン-モーメント結合と質量を持つ, 回路QEDにおける2次元自由ディラック・ハミルトニアンを実現する。 このハミルトニアンを用いて、2次元の巨大なディラック粒子の回転 Zitterbewegung とその有効質量への依存性を観察する。 測定されたデコヒーレンス、回転波近似(RWA)を超える補正、およびトランスモンの非調和性を取り入れた時間依存マスター方程式シミュレーションは、観測されたダイナミクスを再現する。 本研究は,高次元相対論的量子力学のためのコンパクトでプログラム可能なプラットフォームとして,マルチモード回路QEDを確立した。

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