囚禁离子中通过玻色子交换的费米子-反费米子散射

量子场论描述了物理学中多种基本现象。然而，其研究常涉及繁琐的数值模拟。另一方面，量子模拟器因其潜在的可扩展性可能超越经典计算能力。在此，我们报告了使用多级囚禁离子对由玻色模式介导的费米子-反费米子散射的量子模拟实验实现，该模型是微扰和非微扰量子电动力学中费米子散射的简化模型。所模拟的模型展现了量子场论中的典型特征，包括粒子对产生与湮灭，以及自能相互作用。这些通过操控$^{171}\mathrm{Yb}^{+}$囚禁离子的四个内部能级（其中编码费米模式）以及两个模拟玻色模式的运动自由度，在实验中观察到。我们的实验为有效实现费米子和玻色子量子场模式开辟了道路，这可能有助于在微扰和非微扰体系下对量子场论进行可扩展研究。