利用硅基掺杂阵列实现量子场论的类拟态模拟器
量子物理
2024-07-08 v1 介观与纳米尺度物理
高能物理 - 格点
高能物理 - 唯象学
摘要
模拟与自旋自由度耦合的费米子，对于广泛的量子场论具有重要应用前景，成为量子模拟器的有前景的应用之一。在2+1维及更高时空维度中将费米子映射到量子比特具有挑战性，而将玻色子映射则需要巨大的量子计算开销。这些特征 complicate the realization of mixed fermion-boson quantum systems in digital quantum computers. 我们提出了一种利用硅基掺杂阵列实现的原生费米子-（大）自旋类拟态模拟器。具体而言，我们展示了如何利用由耦合的核自旋和导带电子构成的动态晶格，实现一个量子场论：一个涉及耦合费米子和量子旋转子的扩展Jackiw-Rebbi模型。我们证明了即使存在强长程库仑相互作用，还能在该平台上观察动力学质量生成和约束-解聚集量子相变。此外，我们采用有限温度Hartree-Fock-Bogoliubov模拟，考察了二维正方形和蜂窝阵列中质量生成动力学，表明即使在实际实验参数下，这一现象也可被模拟。我们的发现揭示了两种不同相位，并证明了对库仑相互作用添加的鲁棒性。最后，我们讨论了通过输运和局部电荷感测在掺杂阵列中观察这些相位的实验标志。本研究为利用硅中掺杂剂实现具有费米子与自旋自由度耦合的量子场论模拟奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2407.03419,
title = {Analog Quantum Simulator of a Quantum Field Theory with Fermion-Spin Systems in Silicon},
author = {Ali Rad and Alexander Schuckert and Eleanor Crane and Gautam Nambiar and Fan Fei and Jonathan Wyrick and Richard M. Silver and Mohammad Hafezi and Zohreh Davoudi and Michael J. Gullans},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.03419},
year = {2024}
}