在腔QED模拟器中观测BCS超导体的动力学相

在传统的Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)超导体中，具有相反动量的电子由于材料中声子介导的吸引相互作用而束缚成Cooper对。虽然超导性在自然热平衡状态下涌现，但当系统参数被突然改变时，它也可在非平衡状态下涌现。所预测的非平衡相可在真实材料和超冷费米原子中出现，但尚未被全部直接观测到。在此，我们利用腔量子电动力学（腔QED）实现了一种生成所提出动力学相的替代方法。我们的系统将Cooper对的存在或缺失编码于与光学腔耦合的 $^{88}$Sr 原子的长寿命电子跃迁中，并将电子间相互作用表示为通过腔的光子介导相互作用。为充分探索相图，我们在淬火后调控单粒子色散与相互作用之比，并利用非破坏测量对超导序参量的后续动力学进行实时追踪。我们观测到序参量衰减至零（相I）、达到非平衡稳态值（相II）或呈现持续振荡（相III）的 regimes。这为量子模拟开辟了令人兴奋的前景，包括潜在地设计非常规超导体、探测如谱形状因子等超越平均场效应，以及延长量子传感中的相干时间。