实验模拟超强耦合下光与物质的量子动力学

描述光与物质基本相互作用的量子 Rabi 模型是量子物理的基石。它预测了在超强耦合（USC）机制下（即耦合强度与子系统能量相当时）会出现量子相变和基态纠缠等奇异现象。尽管许多实验平台取得了进展，但少数达到 USC 的实验仅限于光谱学：展示 USC 动力学仍然是一个突出的挑战。在此，我们利用具有谐振器和 transmon 量子比特之间中等耦合的电路 QED 芯片，实现了对 USC 动力学的精确数字量子模拟。通过使用多达 90 个二阶 Trotter 步长并在组合希尔伯特空间维度$\sim80$中探测两个子系统，我们推进了固态数字量子模拟的最新水平，展示了类薛定谔猫态纠缠和大光子数积累，这是深度 USC 的特征。这项工作为探索极端 USC 机制、量子相变和 Dicke 模型中的多体效应打开了大门。