Stabilizzazione dissipativa di stati a molti corpi incomprimibili. un, Entropia e flusso di particelle tra l'ambiente ingegnerizzato e il sistema quantistico a molti corpi. I cerchi indicano gli stati di una singola particella del sistema; gli stati occupati e vuoti sono mostrati in bianco e nero, rispettivamente, con il grigio che indica lo spopolamento dissipativo. B, Energia necessaria per iniettare fotoni aggiuntivi (∂E/∂N) in funzione del numero di fotoni (N) nel sistema. I fotoni vengono aggiunti al sistema in modo continuo e irreversibile in una stretta banda di energia (blu) che collega il vuoto iniziale allo stato target desiderato (stella) tramite stati intermedi (regione nera). Questo processo si interrompe quando il sistema è completamente riempito al numero di fotoni N0 a causa della presenza del gap di comprimibilità Δcomp, preparando e stabilizzando così lo stato a molti corpi gapped (di energia Δmb) in cui i fotoni si auto-organizzano in una fase fortemente correlata determinata dall'Hamiltoniana sottostante. I canali di perdita dipendente dall'energia (rosso) assicurano che tutte le eccitazioni negli stati ad alta energia (regione grigia) siano di breve durata. Credito:(c) Natura (2019). DOI:10.1038/s41586-019-0897-9
Un team di ricercatori dell'Università di Chicago ha sviluppato una piattaforma circuitale per l'esplorazione della materia quantistica composta da fotoni a microonde fortemente interagenti. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , il gruppo delinea la propria piattaforma e come potrebbe essere utilizzata.
Come parte dello sforzo di creare un computer quantistico utile, scienziati hanno studiato circuiti superconduttori, che sono controllabili, hanno lunghi tempi di coerenza e forti interazioni, caratteristiche richieste quando si studiano materiali quantistici con fotoni a microonde. I ricercatori notano anche che le perdite di fotoni in tali circuiti (dissipazione) possono trattenere la formazione di fasi a molti corpi. Per affrontare questo problema, hanno sviluppato una piattaforma di circuito versatile per la gestione di fasi a molti corpi tramite l'ingegneria del giacimento, risultante in un isolante Mott per ridurre le perdite.
Lo schema prevede l'immaginazione di una minuscola posizione chiamata trasmone e la considerazione di come potrebbe ospitare un singolo fotone. In uno scenario del genere, quando il transmon è vuoto, è semplice aggiungere un fotone spingendo con un campo elettrico generato da microonde, ma così facendo potresti anche rimuovere qualsiasi fotone già ospitato. Anziché, i ricercatori suggeriscono di aggiungere un serbatoio e spingere i fotoni nel transmone come coppie:qualsiasi fotone in più si sposterebbe naturalmente nel serbatoio. Nel caso in cui ci sia già un fotone nel transmon, rimarrebbe sul posto piuttosto che spostarsi nel serbatoio. Prossimo, i ricercatori hanno immaginato di estendere lo schema aggiungendo più transmoni per formare una catena. Un fotone aggiunto si farebbe strada lungo la catena, e se nessun luogo fosse vuoto, finirebbe nel serbatoio. Infine, il sistema raggiunge un punto in cui tutte le posizioni della catena sono piene di singoli fotoni:questo rappresenterebbe uno stato dell'isolatore di Mott.
I ricercatori osservano che un tale schema sarebbe flessibile e quindi potrebbe essere applicato a sistemi con forme diverse, dimensioni e accoppiamenti. Notano anche che lo schema potrebbe essere utilizzato per preparare qualsiasi fase lacuna della materia. Sottolineano che affinché un tale schema sia pratico, sono ancora necessari due nuovi progressi:un modo per estenderlo a un sistema più ampio e un mezzo per migliorare la qualità della preparazione.
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