基于光镊中里德伯原子与极性分子的中心自旋模型量子模拟

中心自旋模型，即单个含自旋粒子与自旋环境相互作用，在量子信息技术中有广泛应用，并可用于描述例如量子比特随时间的退相干。我们提出一种实现具有 XX（自旋交换）相互作用的中心自旋模型超冷量子模拟器的方法。所提系统由一个里德伯原子（“中心自旋”）与周围极性分子（“浴自旋”）组成，通过偶极-偶极相互作用相互耦合。通过将粒子内态映射为自旋态，可模拟自旋交换相互作用。作为一种示例系统几何，我们考虑环形排布的浴自旋，并展示其如何实现相互作用强度的精确控制。我们数值分析了该装置可模拟的两个示例动力学场景：中心自旋极化的衰减（可表示无序环境中量子比特退相干），以及输入自旋态到特定输出自旋的转移（可表示量子网络中单比特的传输）。我们论证该装置可实现参数与几何高度可调的中心自旋模型，以服务于量子科学与技术中的应用。