論文の概要: Quantum simulation of material-specific Hubbard models with alkaline-earth atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.10713v1
• Date: Wed, 07 Oct 2026 18:00:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:53.617561
• Title: Quantum simulation of material-specific Hubbard models with alkaline-earth atoms
• Title（参考訳）: アルカリ-希土類原子を用いた物質特異的ハバードモデルの量子シミュレーション
• Abstract要約: 量子シミュレーションの長期的な目標は、相関量子材料の低エネルギーハミルトニアンを忠実に再現することである。 我々は、フェルミオンアルカリ-アース原子に基づく統合量子シミュレーションアーキテクチャを導入する。 第一原理モデリングから得られたパラメータは、単一実験格子構成で再現可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.07456526005219319
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A long-term goal of quantum simulation is to faithfully reproduce the low-energy Hamiltonians of correlated quantum materials, establishing a direct connection between solid-state experiment, electronic-structure theory, and programmable many-body systems. Here, we introduce an integrated quantum-simulation architecture based on fermionic alkaline-earth atoms that enables programmable control over the key ingredients of multi-orbital material Hamiltonians. Long-lived clock states encode synthetic orbitals, their differential polarizabilities generate orbital-selective tunneling, and contact interactions provide multi-orbital Hubbard and Hund couplings. Spatially structured coherent driving on the ultra-narrow clock transition further realizes symmetry-selective inter-orbital hybridization, while the clock detuning independently controls orbital energy offsets. In this way, the spatial symmetries of solid-state orbitals can be encoded directly into the effective Hamiltonian, even though the atoms themselves remain in conventional $s$-wave Wannier orbitals of the lowest optical-lattice bands. We demonstrate the resulting integrated control using the four-band low-energy Hamiltonian of the bilayer nickelate La$_3$Ni$_2$O$_7$ as a demanding benchmark. Self-consistent calculations show that the microscopic parameters obtained from first-principles modeling can be reproduced within a single experimentally accessible lattice configuration and independently programmed over substantial parameter ranges. Our results establish a general route for translating material-derived multi-orbital Hamiltonians into programmable ultracold-atom quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションの長期的な目標は、相関する量子材料の低エネルギーハミルトニアンを忠実に再現し、固体実験、電子構造理論、プログラム可能な多体システムとの直接的な接続を確立することである。 本稿では, フェルミオンアルカリ-アース原子をベースとした集積量子シミュレーションアーキテクチャを導入し, 多軌道物質ハミルトニアンの主成分のプログラム制御を可能にする。 長寿命のクロック状態は合成軌道を符号化し、その微分分極性は軌道選択トンネルを発生させ、接触相互作用は多軌道ハバードとHund結合を与える。 超狭時計遷移における空間構造コヒーレント駆動は、さらに対称性選択的軌道間ハイブリダイゼーションを実現し、クロックデチューニングは独立して軌道エネルギーオフセットを制御する。 このようにして、固体軌道の空間対称性は、最も低い光格子バンドの従来の$s$波ワニエ軌道に原子自体が残っているにもかかわらず、実効ハミルトニアンに直接符号化することができる。 本研究では,2層ニケレートLa$_3$Ni$_2$O$_7$の4バンド低エネルギーハミルトニアンを用いた統合制御を要求ベンチマークとして示す。 自己整合性計算により、第一原理モデリングから得られた顕微鏡パラメータは、単一の実験的にアクセス可能な格子構成で再現でき、かなりのパラメータ範囲で独立にプログラムできることが示された。 この結果は,物質由来の多軌道ハミルトニアンをプログラム可能な超低温原子量子シミュレータに変換するための一般的な経路を確立した。

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