Accuracy of quantum simulators with ultracold dipolar molecules: a quantitative comparison between continuum and lattice descriptions
本研究定量比较了光学晶格中一维偶极玻色气体的连续描述与单带Bose-Hubbard晶格模型，发现在强DDI和高密度下连续系统无法重现晶格模型，需引入双带Hubbard模型减少偏差，为偶极量子模拟器校准提供指导。
2022-12-09 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
Double-well ultracold-fermions computational microscopy: Wave-function anatomy of attractive-pairing and Wigner-molecule entanglement and natural orbitals
“自下而上”的费米子的多体物理的方法最近已经证明了精确的数量和站点解析的制备与可调谐的粒子间相互作用的单阱，SW，和双阱，DW，纳米尺度的约束通过操纵超冷费米子原子与光镊创建。这些实验模拟了一个模拟器映射到必要的微观哈密顿量，接近实现费曼的量子模拟器的愿景，“将做与自然完全相同的事情”。在这里，我们报告准确的基准配置相互作用计算显微镜解决方案的哈密顿量，揭示了光谱的演变，波函数解剖，和纠缠特性的相互作用费米子在整个参数范围内，包括交叉从SW到DW的限制和可控的能量不平衡之间的井。我们展示了吸引力的配对和形成排斥，高度相关，超冷维格纳分子，以及在自然轨道表示。与测量结果的一致性肯定了今后对超冷分子的深入了解，并打开了对纳米簇和凝聚态物质相和超冷原子量子信息的尺寸依赖性演化的访问。
2015-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum simulation of many-body spin interactions with ultracold polar molecules
我们提出了一种基于超冷极性分子的多体自旋相互作用的量子模拟体系结构。我们的方法采用数字量子模拟，即，模拟系统的动力学由量子模拟器以频闪模式再现，并且允许模拟相干动力学和耗散动力学。我们讨论实现Kitaev的复曲面代码哈密顿量，一个范式模型，涉及四体相互作用，我们分析了实验实施的要求。
2015-02-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Intrinsic phonon effects on analog quantum simulators with ultracold trapped ions
线性Paul阱最近被用来模拟具有长程自旋-自旋耦合的横场伊辛模型。我们研究了声子产生（从初始声子基态）对自旋态几率和自旋纠缠的内在影响。虽然人们通常认为声子效应是良性的，因为它们在纯伊辛模型中不起作用，但当向模型中加入横向场时，它们可以发挥重要作用。我们利用系统的量子时间演化算符的多体因式分解、绝热微扰理论和截断自旋-声子希尔伯特空间中薛定谔方程的精确数值积分以及声子自由度的追踪来研究这个问题。我们发现，适度的声子产生往往使不同自旋态的几率表现出与静态自旋哈密顿量不同的行为。在声子产生较小的情况下，自旋动力学状态概率收敛到静态自旋哈密顿预测，代价是减少自旋纠缠。我们展示了声子的产生如何严重阻碍了在受挫自旋系统中观察到的扭结转变时，离子的数量增加。我们的许多结果也对Penning阱中的量子模拟有意义。
2012-09-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cold Atom Quantum Simulator for String and Hadron Dynamics in Non-Abelian Lattice Gauge Theory
在现有的超冷原子实验能力范围内，我们提出了一个模拟量子模拟器，用于实时模拟$(1+1)$ -d非阿贝尔规范理论的动力学.该方案要求在一维二分晶格中实现两态超冷费米子系统，并观察随后的隧穿动力学。这种模拟技术基于SU（2）格点规范理论的新的圈弦强子形式，是完全SU（2）不变量的，可以精确地模拟弦断裂和对产生等物理现象的动力学过程。该方案是可扩展的，特别是有效的模拟理论在弱耦合制度，也散装限制的理论在强耦合制度，以一定的近似。本文还提出了一个数值基准比较的精确频谱和实时动力学的格点规范理论的原子哈密顿量与实验可实现的参数范围。
2020-09-29 cond-mat.quant-gas hep-lat nucl-th
Reinforcement Learning for Rotation Sensing with Ultracold Atoms in an Optical Lattice
本文提出一种基于强化学习的光晶格超冷原子陀螺仪设计方法，通过端到端生成晶格抖动序列优化旋转传感灵敏度，在相同探测时间下比传统Bragg干涉提高20倍，且装置与Mach-Zehnder型干涉仪不同。
2024-10-28 quant-ph
Superconducting Vortex Lattices for Ultracold Atoms
我们提出并分析了一个纳米工程涡旋阵列的薄膜II型超导体作为磁晶格的超冷原子。这个提议解决了原子量子模拟器发展中的几个关键问题。通过捕获靠近表面的原子，纳米纤维和几十纳米尺度上的晶格结构的工具变得可用，在能量尺度和温度要求方面具有相应的益处。这可以与磁单点寻址和操纵的可能性结合在一起，同时具有超导表面诱导退相干的有利缩放。
2013-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Unruh effect for interacting particles with ultracold atoms
安鲁效应是一种量子相对论效应，加速的观察者将真空视为热状态。在这里，我们提出了实验实现的Unruh效应的相互作用超冷费米子在光晶格突然淬火导致真空加速与不同的相互作用强度在真实的温度背景。我们观察到作为时空和BCS Bogoliubov变换之间竞争的结果，在Wightman函数中的低位激发的统计反转。本文为量子引力的模拟器开辟了新的前景。
2018-12-14 cond-mat.quant-gas gr-qc hep-th
Non-Markovian Dynamics in Ultracold Rydberg Aggregates
我们提出了一个开放量子系统的设置，在该系统中，环境可以被调节，使得可以实现马尔可夫或非马尔可夫系统动力学。该实施方案使用超冷里德伯原子，依赖于它们强大的长程相互作用。我们的建议扩展了适用于采用里德伯聚集体的分子系统的量子模拟器的功能，并为开放量子系统中系统-环境相互作用的分类和由此产生的系统动力学的基础研究提供了一个新的测试平台。
2016-06-02 quant-ph
Atom-optics simulator of lattice transport phenomena
基于超冷原子物质波的受控动量-空间动力学，我们对晶格输运现象进行了实验研究。在可以模拟的有效紧束缚模型中，我们证明了这种技术允许对所有系统参数进行局部和时间依赖性控制，并且还允许对原子群体进行单站点分辨检测。我们证明了完全控制站点到站点的非对角隧穿元素（振幅和相位）和对角站点的能量，通过观察连续时间量子行走，布洛赫振荡，和负隧穿。这些能力在无序和拓扑系统的实验研究中开辟了新的前景。
2016-07-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum engineering with ultracold polar molecules using trap-induced resonances
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
研究利用超冷极性分子和光学镊子阵列，通过陷阱诱导共振实现高效的量子门操作，用于量子计算和传感。
2026-03-30 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Two interacting ultracold molecules in a one-dimensional harmonic trap
我们研究了两个相互作用的超冷极性分子的性质，它们被描述为可区分的量子刚性转子，被困在一维谐振势中。分子通过多通道两体接触势相互作用，结合了分子间相互作用的短程各向异性，包括偶极-偶极相互作用。研究了外加电场和磁场对分子振转态斯塔克和塞曼位移的影响。用精确对角化方法计算了能谱和本征态。详细研究了分子旋转结构、各向异性相互作用、自旋-旋转耦合、电场和磁场以及谐波捕获势的重要性和相互作用，并与两个谐波捕获的可分辨原子的系统进行了比较。所提出的模型和结果可为分子多体哈密顿量提供微观参数，并可用于自底向上逐分子组装分子量子模拟器的研制.
2018-07-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Ultra-precision quantum sensing and measurement based on nonlinear hybrid optomechanical systems containing ultracold atoms or atomic Bose-Einstein condensate
本文主要研究如何将超冷原子系综或原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）与电磁辐射压耦合的量子微纳机械振荡器（MO）构成的混合光机械系统（OMS）作为超精密量子传感器来测量微弱信号。众所周知，在任何精确的量子测量中，测量的散粒噪声（SN）和反作用噪声之间的竞争对测量精度产生限制，这就是所谓的标准量子极限（SQL）。在信号强度甚至低于SQL的情况下，需要执行超精度量子传感来击败SQL。为此，我们回顾了在混合OMS中超越SQL的三种重要方法：（i）量子非破坏（QND）变量的反作用规避测量，（ii）相干量子反作用噪声消除（CQNC），以及（iii）所谓的参数传感，同时信号放大和SQL下的附加噪声抑制。此外，我们在这篇文章中首次展示了驱动激光相位的经典波动，即所谓的激光相位噪声（LPN），如何影响标准OMS中输出光场的功率谱，并引起额外的印象噪声，使总的系统噪声增加到SQL以上。此外，在这次审查中首次表明，在标准OMS中，不可能在同时抑制SQL以下的噪声的同时放大信号。
2021-03-18 quant-ph
Spin exchange-enabled quantum simulator for large-scale non-Abelian gauge theories
针对量子模拟器中大规模格点规范理论的规范对称性保护需求，提出基于两体自旋交换相互作用的非阿贝尔SU(N)/U(N) LGT实现方案，给出2+1维具体设计与数值验证，为近期大规模非阿贝尔量子链模型的模拟实现铺路。
2024-10-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Ultracold atomic lattice systems for simulating topological phases: A review
School of Physics and Institute for Quantum Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院与量子科学与工程研究院）；Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale and School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心与物理科学学院）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences and CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学上海量子科学研究中心与中科院量子信息重点实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
综述了四种冷原子晶格平台（光学晶格、合成晶格、Floquet工程晶格和光镊阵列）在拓扑相模拟中的实验进展，包括实现的拓扑模型和探测技术。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
A cold-atom quantum simulator for SU(2) Yang-Mills lattice gauge theory
非阿贝尔规范理论在粒子物理的标准模型中起着重要的作用，它揭示了一个部分未被探索的令人兴奋的物理现象世界。在这封信中，我们提出了一个非阿贝尔格点规范理论- SU（2）Yang-Mills在1+1维中的实现，使用超冷原子。值得注意的是，与以前的建议相反，在我们的模型中，规范不变性是角动量守恒的直接结果，因此是基本的和鲁棒的。我们的建议可以作为更高维实现的起点。
2012-11-15 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Quantum Simulation of the Abelian-Higgs Lattice Gauge Theory with Ultracold Atoms
我们提出了一个光晶格中超冷玻色子原子对阿贝尔-希格斯格点规范理论的量子模拟方案。该模型包含规范和希格斯标量场，并表现出有趣的阶段有关的限制和希格斯机制。该模型可以用原子哈密顿量来模拟，首先将局部规范对称性映射到原子系统的内部对称性，即原子碰撞中的超精细角动量守恒。通过在模拟中包括辅助玻色子，我们展示了阿贝尔-希格斯哈密顿量如何有效地出现。我们分析了我们的方法在不同的实验参数的准确性，以及有限数量的玻色子的量子模拟器上的效果。最后，我们提出了可能的实验研究系统的基态在不同制度的理论，并实时测量有趣的高能物理现象。
2019-11-09 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Fermionic transport in a homogeneous Hubbard model: Out-of-equilibrium dynamics with ultracold atoms
输运性质是凝聚态物理中许多重要相的定义性特征之一。在存在强相关性的情况下，即使对于像哈伯德模型这样的模型系统，它们也很难预测。在实际材料中，它们通常会被其他复杂因素所掩盖，包括杂质，晶格缺陷或多带效应。相比之下，超冷原子提供了在清洁和良好控制的环境中研究输运和失衡现象的可能性，因此可以作为凝聚态系统的量子模拟器。本文研究了均匀光晶格最低能带中初始受限费米量子气体的膨胀。虽然我们观察到非相互作用的原子的弹道输运，即使是小的相互作用，使膨胀几乎双峰与显着降低的膨胀速度。动力学与相互作用的符号无关，揭示了哈伯德模型新颖的动力学对称性。
2012-05-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optical Lattices, Ultracold Atoms and Quantum Information Processing
本文综述了研究、控制和操纵光晶格中中性原子的新方法。这些装置允许对大量原子进行前所未有的量子控制，因此在量子信息处理中的应用非常有前途。在介绍了光晶格的基础上，我们讨论了囚禁在这种晶格中的中性原子的超流态和Mott绝缘态，并研究了最近实验观察到的超流-绝缘态跃迁。在论文的第二部分，我们给出了一个概述的建议，量子信息处理，并显示不同的方式来纠缠被困原子，特别是使用冷碰撞和里德伯原子。最后，我们还简要讨论了量子模拟器，纠缠增强原子干涉仪，并在光晶格的强大的量子存储器的想法的实现。
2004-07-06 quant-ph
Ultracold atomic gases in optical lattices: mimicking condensed matter physics and beyond
本文综述了光晶格中超冷原子和分子气体物理的最新进展。这样的系统几乎是各种哈伯德模型的完美实现，因此可以很好地模拟凝聚态现象。我们展示了这些系统如何被用作量子模拟器来回答凝聚态物质甚至高能物理的一些具有挑战性的开放问题。在简短介绍了这些系统的模型和处理方法之后，我们详细讨论了凝聚态物理的挑战可以通过以下方式来解决：（i）无序超冷晶格气体，（ii）受抑超冷气体，（iii）旋量晶格气体，（iv）“人工”磁场中的晶格气体，以及最后但并非最不重要的（v）晶格气体中的量子信息处理。为了完整性，还将讨论与捕获冷气体的上述主题相关的一些最新进展。
2007-05-31 cond-mat.other quant-ph
Schwinger pair production with ultracold atoms
我们考虑了光晶格中的超冷原子系统作为量子电动力学（QED）中正负电子对产生的量子模拟器。在一维空间中，我们研究了电子对产生的非平衡现象，包括导致等离子体振荡的反反应。与以前的研究不同，量子链接模型，我们专注于无限维希尔伯特空间的QED和表明，它可以很好地近似实验采用玻色-爱因斯坦凝聚体与费米子原子相互作用。基于泛函积分技术的计算给出了在冷原子实验中实现QED现象所需物理参数的唯一途径。特别是，我们使用我们的方法来考虑量子链路模型在一个尚未探索的参数制度，并给出他们的能力，以捕捉物理的基本特征的界限。这些结果表明，对于高能粒子物理现象的量子模拟，使用相干多体态而不是单个原子实现的范式变化。
2016-08-08 cond-mat.quant-gas hep-ph quant-ph
Tuning long-range fermion-mediated interactions in cold-atom quantum simulators
在冷原子量子模拟器中设计长程相互作用可以导致奇异的量子多体行为。超冷原子混合物中的费米子原子可以充当介体，产生以费米子气体的维度和密度为特征的长程RKKY型相互作用。在这里，我们提出了几个调谐旋钮，在当前的实验平台上，允许进一步控制介导的相互作用的范围和形状，扩展现有的量子模拟工具箱。特别是，我们包括一个额外的光晶格的费米子介质，以及各向异性陷阱，以改变其维数在一个连续的方式。这使我们能够在幂律和指数衰减之间进行插值，为相互作用范围引入有效的截止值，并在不同距离处调整相对相互作用强度。最后，我们展示了我们的方法如何允许调查沮丧的制度，以前无法访问，在那里出现的手性保护的拓扑相以及手性自旋液体。
2022-03-31 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices
可扩展的相干多体系统可以实现以前未探索的量子相位，并有可能以指数方式加速信息处理。热涨落是可以忽略的，量子效应控制着这种具有极低温度的系统的行为。我们报告了一个具有10，000个原子的量子模拟器的冷却和高保真纠缠对的大规模生产。在二维平面上，我们通过将莫特绝缘体样品浸入可移动的超流储层中来冷却它们，从而实现$1.9^{+1.7}_{-0.4} \times 10^{-3} k_{\text{B}}$的每粒子熵。然后原子重新排列成没有缺陷的二维晶格。我们进一步展示了一个两量子比特门的保真度为0.993 $\pm$ 0.001纠缠1250个原子对。我们的结果为探索低能多体相提供了一个环境，并可能使大规模纠缠的产生成为可能
2020-08-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Short-range quantum magnetism of ultracold fermions in an optical lattice
量子力学自旋之间的交换耦合是量子磁性的起源。本文报道了在光晶格中热化费米气体的多体态中出现的最近邻磁自旋关联的观测结果。获得短程磁序的关键是晶格结构内熵的局部再分布。这是在可调几何结构的光晶格中实现的，这也使得能够检测磁相关性。我们将具有排斥相互作用的低温双组分费米气体装入二聚或各向异性简单立方晶格中。对于这两个系统的相关性表现为一个多余的单态相比，由两个原子与相反的自旋三重态。对于各向异性晶格，我们确定横向自旋相关的单重态-三重态的不平衡，并观察沿一个空间轴的反铁磁相关。我们的工作为利用超冷费米子在光晶格中作为量子模拟器来解决量子磁学中的开放问题铺平了道路。
2013-06-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Quantum optics of ultracold quantum gases: open systems beyond dissipation (habilitation thesis)
量子光学和超冷气体是已建立的领域，但它们几乎没有重叠：光的量子性质通常在超冷原子的工作中被忽视。在我们的工作中，光和超冷物质的量子性起着关键作用。首先，我们表明，光是一个量子非破坏（QND）探针的多体相位：它们可以区分的相关性和完整的分布函数（我们认为玻色子，费米子和偶极分子）。光不仅对密度敏感，而且对物质场的干涉也很敏感。其次，我们证明了测量反作用构成了一个新的竞争源在多体系统中，特别是在非QND的情况下。这导致了大量的新现象：多体纠缠模式的振荡，费米子对的保护和分裂，反铁磁序，长程对隧穿和超越哈伯德模型的纠缠。我们证明了反馈控制诱导相变和调谐其普适类。第三，俘获势的量子化（量子光晶格）导致了新的相，包括密度序（超固体，密度波）和物质场的键序（超流体和超固体二聚体，三聚体）。超冷原子以外的结果包括：我们将反馈控制的范式从状态控制扩展到相变控制。我们提出的测量反作用作为一个新的来源的竞争在多体物理学。我们合并量子芝诺动力学和非厄米物理，并显示一种新的芝诺现象与拉曼跃迁超越芝诺动力学。我们提出了基于集体光-物质相互作用的量子模拟器。我们的模型可以应用于其他系统（量子位）的阵列。一般来说，量子测量和反馈会产生新的现象，这对于多体物理学中的封闭幺正系统和开放耗散系统都是不典型的。
2022-04-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Realizing multi-orbital Emery models with ultracold atoms
JILA, National Institute of Standards and Technology, Center for Theory of Quantum Matter, and Department of Physics, University of Colorado（JILA，美国国家标准与技术研究院，量子物质理论中心，科罗拉多大学物理系）
本文提出利用光学超晶格架构实现三轨道埃默里模型，通过操控轨道自由度模拟铜基材料带结构，并研究其热力学性质及抗磁性相关现象。
2026-04-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Quantum Simulations of Lattice Gauge Theories using Ultracold Atoms in Optical Lattices
高能物理能用低能、非相对论、多体系统（如超冷原子）来模拟吗？这种超冷原子系统缺乏高能物理模型的对称性和动力学性质：特别是，它们既不表现出局域规范不变性，也不表现出洛伦兹不变性，而这些不变性是量子场论的关键性质，而量子场论是标准模型的基石。基本粒子。然而，令人惊讶的是，有办法配置原子系统，以表现出局域规范不变性和洛伦兹不变性。特别是，局域规范不变性可以作为一种有效的、低能量的对称性出现，也可以作为一种“精确”对称性出现，遵循原子相互作用中的守恒定律。因此，人们可以希望这种量子模拟器可能会导致新类型的（桌面）实验，这将被用来研究各种QCD现象，如动力学夸克的限制，相变和其他效应，这是无法使用目前已知的计算方法。本文首先回顾了格点规范理论的哈密顿表述，然后介绍了我们在利用光晶格中的超冷原子构造1+1和2+1维阿贝尔和非阿贝尔格点规范理论的量子模拟方面的最新进展。
2015-12-25 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Machine learning applications in cold atom quantum simulators
本文综述了机器学习在冷原子量子模拟器中的应用，涵盖数据解读、实验控制和理论建模，重点展示其在多体相分类、协议优化和量子态表示中的实际成效。
2025-09-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Deterministic coupling of ultracold atomic lattice to a suspended photonic waveguide
该研究实现了超冷原子晶格与悬空光子波导的确定性耦合，为中性原子量子计算和量子模拟的可扩展性提供了新途径，并支持高精度光学读取和纳米级光场成像。
2025-11-22 quant-ph
Classical verification of a quantum simulator: local relaxation of a 1D Bose gas
本文通过并行TEBD算法在超级计算机上模拟一维强相互作用玻色气体的局部弛豫动力学，验证了此前量子模拟器的结果，并提供了独立验证过程的实例。
2024-01-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.comp-ph
Microscopic 3D printed optical tweezers for atomic quantum technology
单个超冷原子的捕获是从量子计算和通信到传感的应用的重要工具。然而，大多数实验装置虽然非常精确和通用，但由于其尺寸大，复杂性和高成本，只能在专门的实验室环境中操作。在这里，我们介绍了一种新的捕获概念，用于光学镊子中的超冷原子，该光学镊子基于3D打印到标准光纤尖端的微米级透镜。这些透镜的独特性质使它们既适合捕获单个原子，又适合高效捕获它们的荧光。在探索性的实验中，我们建立了真空兼容性和结构的鲁棒性，并成功地形成了一个磁光陷阱的超冷原子在其附近。这使得它们成为便携式原子量子设备的有前途的组件。
2022-06-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Probing quantum properties of black holes with a Floquet-driven optical lattice simulator
本文提出用局域Floquet驱动光晶格中的超冷原子模拟(1+1)和(2+1)维黑洞，通过位置依赖隧穿编码弯曲几何，并仅用格点布居测量确定霍金温度，为探测黑洞量子信息置乱提供了可行平台。
2025-03-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum simulators based on the global collective light-matter interaction
我们发现，耦合超冷原子在光晶格的光腔的量子化模式导致的量子相位的物质，这在同一时间，同时具有短程和长程相互作用的系统的属性。这为有限范围相互作用系统的新型量子模拟器开辟了前景，即使光诱导相互作用是全局的（即无限长范围）。这是通过在微观尺度上的全球光-物质耦合的空间结构来实现的。这样的模拟器可以直接受益于集体增强的全球光-物质相互作用，并构成一个替代标准的方法，使用里德伯原子或极性分子。在光的稳定状态下的系统诱导有效的多体相互作用，改变典型的玻色-哈伯德模型的相图的景观。因此，该系统可以支持非平凡的超流态，玻色子二聚体，三聚体等状态和超固相，这取决于相对于经典光晶格势的光的波长和图案的选择。我们发现，通过仔细选择系统参数，人们可以研究不同的强关联物理与相同的设置，即，修改光束的几何形状。特别是，我们提出了密度和键（或物质波相干）相互作用之间的相互作用。我们展示了如何调整有效的相互作用长度在这样一个混合系统的短程和全球的相互作用。
2016-07-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Hybrid optomechanical cooling by atomic $Λ$ systems
我们研究了一个由腔光机械器件与超冷量子气体光耦合组成的混合量子系统。我们表明，超冷气体的色散特性可以用来显着修改的机械谐振器的光机响应。我们研究混合方案，其中机械谐振器耦合到超冷气体的运动或自旋自由度。在任何一种情况下，我们发现由于这种混合动力相互作用，光机械冷却的增强超过两个数量级。值得注意的是，基于腔光学机械设备的演示参数，我们确定制度，使基态冷却的谐振器从室温。此外，这里考虑的混合系统代表了一个强大的接口，使用超冷量子气体的状态准备，传感和量子操纵的介观机械谐振器。
2014-07-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Towards experimental quantum field tomography with ultracold atoms
近年来，大规模多体系统的实验实现取得了巨大进展，使得用于状态识别的全层析成像工具效率低下，特别是对于连续系统。为了与这些新兴的物理平台合作，需要新的状态识别技术。在这项工作中，我们提出了有效的实验量子场层析成像的第一步。我们采用我们的程序来捕获超冷原子系统使用原子芯片，一个设置，允许相互作用的量子场的静态和动态特性的量子模拟。我们的程序是基于cMPS，矩阵乘积态（MPS）的连续类似物，无处不在的凝聚态理论。这些态自然地包含了现实物理环境中存在的局域性，因此是描述局域相互作用量子场物理学的主要候选者。重建过程是基于两点和四点的关联函数，从中我们预测高阶关联函数，从而验证我们的重建的实验情况。我们应用我们的程序淬火预热化实验准冷凝。在这种情况下，我们可以使用我们的层析重建的质量作为探针的非平衡性质的物理过程。我们讨论了潜在的模拟量子模拟器的部分验证的背景下，这样的方法。
2014-06-13 cond-mat.quant-gas hep-th quant-ph
Two-orbital SU(N) magnetism with ultracold alkaline-earth atoms
费米子碱土原子具有独特的性质，使其成为实现新型原子钟和简并量子气体的有吸引力的候选者。同时，它们在量子信息处理的背景下吸引了相当多的理论关注。在这里，我们表明，当这样的原子装载在光晶格，它们可以被用来作为独特的多体现象的量子模拟器。特别是，我们表明，从电子角动量的核自旋的去耦可以用来实现多体系统具有前所未有的对称程度，其特征在于SU（N）群与N大到10。此外，核自旋与稳定的光学激发态提供的电子自由度的相互作用允许自旋轨道物理学的研究。这样的系统可以提供有价值的见解过渡金属氧化物，重费米子材料和自旋液相的强相关物理。
2009-09-26 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Demonstration of an ultracold micro-optomechanical oscillator in a cryogenic cavity
制备和操纵机械谐振器的量子态是一项高度跨学科的工作，现在因其在基础科学和应用科学中的深远潜力而受到极大的兴趣。到目前为止，只有纳米级的机械设备实现了接近量子机制的操作。我们报道了一种新的微光机械谐振腔，激光冷却到30热量子的水平。然而，这相当于最好的纳米机械装置，其质量大四个数量级以上（43 ng对1 pg），环境温度高两个数量级以上（5 K对30 mK）。尽管激光附加冷却因子高达4，000，且处于低温环境中，但我们的冷却性能不受残余吸收效应的限制。这些结果为在量子体系中制备100 μ m尺度的物体铺平了道路。可能的应用范围从量子限制光机械传感设备到量子物理的宏观测试。
2013-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Diabatic ramping spectroscopy of many-body excited states for trapped-ion quantum simulators
由于实验时间的限制，现有技术的量子模拟与捕获的离子，直接制备的基态的横向场伊辛模型的磁场倾斜的横向场变得越来越困难，随着粒子数量的增加。我们提出了一个光谱协议，故意创建通过非绝热斜波的横向场的激发和测量的低噪声观测作为时间的函数的恒定场，以揭示所产生的多体状态的相干动力学的结构。为了模拟实验数据，从计数统计噪声和退相干误差被添加。利用压缩传感技术对模拟数据进行傅立叶变换，提取低频能量激励谱。通过使用压缩感测，提取该能量谱所需的时间数据量急剧减少，使得这种实验在当前技术下可行。
2014-02-28 quant-ph
Ultracold Quantum Gases and Lattice Systems: Quantum Simulation of Lattice Gauge Theories
阿贝尔规范理论和非阿贝尔规范理论在物理学的许多领域都具有核心重要性。在凝聚态物理中，阿贝尔U（1）格点规范理论是在描述某些量子自旋液体时产生的。在量子信息论中，基塔耶夫的环面码是Z（2）格点规范理论。在粒子物理学中，量子色动力学（QCD），夸克和胶子之间的强相互作用的非阿贝尔SU（3）规范理论，在晶格上非微扰正则化。量子链模型将格点规范理论的概念扩展到Wilson公式之外，并且非常适合于在光学晶格中使用超冷原子气体的数字和模拟量子模拟。由于量子模拟器不受臭名昭著的符号问题的困扰，它们为研究强耦合量子系统的实时演化打开了大门，这是经典模拟方法所不可能实现的。大量有趣的格点规范理论为量子模拟指明了方向，这将使我们能够解决非常具有挑战性的问题，从禁闭和解除禁闭，或手征对称性破缺及其在有限重子密度下的恢复，到色超导和重离子碰撞的实时演化，首先是在更简单的模型规范理论中，最终是在QCD中。
2013-05-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Enhancing supercurrent-based inertial sensing via interactions in atomtronic angular accelerometers
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究通过理论分析揭示，在环状晶格中引入弱相互作用可突破单粒子体系的傅里叶极限，使超流角加速度计的灵敏度提升至少两个数量级，为开发新型高精度惯性传感器奠定基础。
2026-05-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
Stand-alone vacuum cell for compact ultracold quantum technologies
紧凑型真空系统是冷原子技术的关键使能部件，有助于实现极其精确的传感应用。已经朝着真正便携式紧凑真空系统取得了重要进展，但是尺寸、重量和功耗可能非常大，光学访问可能受到限制，并且通常需要主动泵送。在这里，我们提出了一个厘米级的陶瓷真空室与氦不渗透的视口和一个集成的衍射光学，使强大的激光冷却与光从一个单一的保偏光纤。一个基于真空室的冷原子演示器每秒提供$10^7$激光冷却的$^{87}$ Rb原子，使用最小的电力。随着连续的Rb气体排放，主动泵送产生$10^{-7}\,$ mbar平衡压力，被动泵送稳定到$3\times 10^{-6}\,$ mbar，具有$17\,$日时间常数。没有Rb分配且仅被动泵送的真空单元目前已经在超过\ch{500 days}的时间内保持类似的压力。被动抽真空寿命是几年，估计从短期的He吞吐量，有许多可预见的改进。该技术使得超冷量子精密测量能够大范围移动。
2021-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Shadow tomography from emergent state designs in analog quantum simulators
提出一种仅用全局操作即可从测量统计中重建量子态任意性质的方法，利用混沌系统中的涌现态设计，实现与经典阴影层析相同的效率，适用于模拟量子模拟器。
2023-11-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
A universal and efficient hybrid digital-analog fermionic quantum simulator
Rice University（莱斯大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
提出一种通用框架，利用变分算法在现有费米子超冷原子平台上模拟超出硬件本征哈密顿量的多体系统，实现量子演化时间随逆相对误差多项式增长，提供指数级加速。
2026-06-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Probing Coherent Many-Body Spin Dynamics in a Molecular Tweezer Array Quantum Simulator
Princeton University（普林斯顿大学）
研究利用可重构光学双阱阵列囚禁极性分子实现相互作用自旋模型的相干多体动力学，探索量子行走、磁子束缚态及磁子对的相干产生与湮灭等动力学行为，验证分子双阱阵列作为相互作用自旋模型量子模拟平台的可行性。
2026-03-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Atomic Quantum Simulation of U(N) and SU(N) Non-Abelian Lattice Gauge Theories
利用光晶格中的超冷碱土金属原子，基于量子链模型，构造了含费米子物质的U（N）和SU（N）格点规范理论的量子模拟器。这些系统与QCD有着共同的定性特征，包括在非零温度或重子密度下的手征对称性破缺和恢复。与经典模拟不同，量子模拟器不会遇到符号问题，并且可以实时解决相应的手征动力学。
2013-03-24 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Leveraging Reactant Entanglement in the Coherent Control of Ultracold Bimolecular Chemical Reactions
本文提出将反应物纠缠用于超冷双分子化学反应的相干控制，通过两步制备叠加态并优化纠缠量，消除卫星项影响，在 KRb + KRb 反应中实现产物转动态宇称的完美控制。
2025-05-15 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum simulations of gauge theories with ultracold atoms: local gauge invariance from angular momentum conservation
高能物理特别是规范理论的量子模拟是量子模拟中一个新兴的、令人兴奋的研究方向。然而，与凝聚态物理的模拟相比，这些理论的模拟必须满足额外的限制，例如局部规范和洛伦兹不变性。本文讨论了这些特殊要求，并提出了一种利用超冷原子对格点规范理论进行量子模拟的新方法。这种方法允许包括局部规范不变性作为原子哈密顿量的基本对称性，由自然原子相互作用和守恒定律产生（而不是作为低能扇区的属性）。这使得我们可以实现三种格点规范理论：紧致QED（U（1）），SU（N）和Z_N的基本规范不变相互作用，它们可以用来建立1 + 1维的量子模拟器。我们还提出了一个新的循环方法，它使用的基本相互作用作为积木的有效建设的量子模拟的d +1维格点规范理论（d> 1），而不必使用高斯定律作为约束，在以前的建议。详细讨论了2 + 1维紧致QED的量子模拟，并给出了原理的数值证明。这个模型已经规范不变的基本相互作用的简单性表明，它可能是有用的，为未来的实验实现。
2013-08-28 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Observation of many-body scarring in a Bose--Hubbard quantum simulator
本研究在Bose-Hubbard量子模拟器中利用单位填充态等新初始条件实现了多体疤痕，开发了测量纠缠熵的量子干涉协议，证明疤痕能将系统囚禁于低熵子空间，为超冷原子实验提供了新资源。
2023-05-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Towards a large-scale quantum simulator on diamond surface at room temperature
强关联量子多体系统表现出各种具有长程量子关联的奇异相，如自旋液体和超固体。尽管现代计算机的计算能力迅速提高，但即使对于几十个粒子，这些复杂系统的数值模拟也变得棘手。费曼的量子模拟器思想提供了一种绕过这一计算障碍的创新方法。然而，所提出的实现此类装置的方法要么需要非常低的温度（光晶格中的超冷气体、俘获离子、超导装置）和相当大的技术努力，要么在实践中极难缩放（NMR、线性光学）。在这项工作中，我们提出了一个新的架构，可扩展的量子模拟器，可以在室温下运行。它由通过直接化学处理或通过功能化石墨烯片附着在金刚石表面的强相互作用的核自旋组成。该量子模拟器的初始化、控制和读出可以通过在金刚石中注入氮空位中心来实现。该系统可以被设计为模拟各种各样的有趣的强相关模型与长程偶极-偶极相互作用。由于金刚石中核自旋和氮空位中心的优越相干时间，我们的建议为室温下的大规模量子模拟提供了新的机会。
2012-08-14 cond-mat.str-el quant-ph
Apparatus for Optical-Atomic System Integration & Calibration: 1 atm to 1$\times$10$^{-11}$ Torr in 24h
本文提出一种进样室装置与装载流程，可在24小时内完成光子器件更换并将真空恢复至1×10⁻¹¹托以下，从而实现对超冷原子用光子器件的快速测试与评估。
2024-07-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Observation of a Transition Between Dynamical Phases in a Quantum Degenerate Fermi Gas
一个被提出的非平衡态量子系统的范例是，在性质上不同的时间依赖行为的参数区域之间存在量子相变的类似物。在这里，我们提出的证据，这样一个动态阶段之间的集体海森堡模型的冷原子量子模拟器的过渡。我们的模拟器编码自旋超冷费米子钾的超精细状态。原子被钉扎在单粒子模式的网络中，其空间范围模拟了传统量子磁体的长程相互作用。我们发现，低于临界相互作用强度，磁化的初始极化的费米子气体迅速衰减，而上述的过渡点，磁化变得长寿，由于能隙，防止失相的非均匀轴向场。我们的量子模拟揭示了一个非平衡转变预测存在，但尚未直接观察到淬火s波超导体。
2019-03-05 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Dipolar quantum solids emerging in a Hubbard quantum simulator
本研究利用超冷磁性铒原子在Hubbard量子模拟器中实现了长程偶极相互作用，观察到从超流体到偶极量子固体的相变及多种条纹有序态，为模拟长程相互作用晶格模型开辟了新途径。
2023-08-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Towards $2+1$D quantum electrodynamics on a cold-atom quantum simulator
Università di Padova（帕多瓦大学）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦量子技术研究中心，帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所（INFN），帕多瓦分部）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；University of Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（INFN-TIFPA，特伦托基础物理与应用研究所）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文提出利用冷原子量子模拟器实现(2+1)维U(1)格点规范理论的S=1截断，通过量子泽诺动力学实现规范保护，展示了高维格点规范理论的实验模拟前景。
2026-02-04 cond-mat.quant-gas hep-lat nucl-th
Stabilizing Gauge Theories in Quantum Simulators: A Brief Review
量子模拟是正在进行的“第二次”量子革命的核心，各种合成量子物质平台以高精度和高控制水平实现了越来越多的奇异凝聚态和粒子物理现象。规范理论在现代量子模拟器上的实现特别有吸引力，主要有三个原因：（i）它提供了在低能桌面设备上对高能物理的新探测，（ii）它允许探索在规范理论中突出的凝聚态现象，即使与高能物理没有直接联系，以及（iii）它作为实验基准的旗帜，给出了由需要编程和控制的规范对称性引起的过多的局部约束。为了在量子模拟器上忠实地模拟规范理论现象，稳定潜在的规范对称性是必不可少的。在这篇简短的评论中，我们概述了最近开发的实验可行的方法，我们介绍了，在数值和实验基准，可靠的稳定量子模拟器实现的规范理论。我们解释了这些\textit{linear gauge protection}计划背后的机制，并说明了他们的权力，在保护显着的特点，如规范不变性，无序本地化，量子多体疤痕，和其他现象的局部利益。然后，我们讨论了它们在实验中的应用基础上的里德伯原子，超导量子比特，特别是超冷中性原子在光学超晶格。我们希望这篇评论能说明规范对称性稳定化和规范理论量子模拟中令人兴奋的进展的某些方面。
2022-04-28 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
