超导模拟器中小极化子形成的量子动力学

我们提出一种利用超导量子比特与微波谐振腔阵列研究小极化子物理非平衡特性的方案。该系统可用 transmon 或 gatemon 量子比特实现，作为描述量子粒子（激发）与无色散声子非局域耦合的晶格模型的模拟器。我们采用基于系统时间演化算符的 Chebyshev 矩展开的严格数值方法，研究其在激发-声子（量子比特-谐振腔）相互作用猝灭后的动力学。由此我们获得了此前无法获取的关于强动量依赖激发-声子相互作用所导致的小极化子形成过程的洞见，尤其是其固有的动力学时间尺度。为进一步刻画这一复杂过程，我们评估了激发-声子纠缠熵，并表明初始制备的裸激发 Bloch 态在此动态演化为接近最大纠缠的小极化子态。最后，通过计算声子位置与动量正交分量的动力学方差，我们证明了后者的显著非高斯特性，并在两个正交分量上均存在强反压缩。