基于Transmon的非局域电子-声子耦合模拟器：观测敏锐小极化子跃迁的平台

我们提出了一种模拟超导量子模拟器，用于模拟具有 Su-Schrieffer-Heeger 型和“呼吸模”型动量依赖（非局域）电子-声子耦合的一维模型。由于其相应的顶点函数同时依赖于电子和声子的准动量，该模型不属于 Gerlach-Löwen 定理的有效范围，而该定理排除了单粒子性质中的任何非解析性。所提模拟器背后的超导电路包含一个 transmon 量子比特与微波谐振器阵列。通过对量子比特施加微波驱动场，该系统可以在比典型量子比特退相干时间短几个数量级的时间内制备出具有任意准动量的小极化子 Bloch 态。我们证明，在该系统中——通过改变电路参数——可以轻易达到观测从对应于零准动量 ($K_{\textrm{gs}}=0$) 的非简并（单粒子）基态向具有非零准动量 $K_{\textrm{gs}}$ 和 $-K_{\textrm{gs}}$ 的二重简并小极化子基态敏锐跃迁所需的临界耦合强度。通过对我们的有效Hamilton量进行精确数值对角化，我们展示了这种非解析性如何反映在相关的单粒子性质（基态能量、准粒子残留、平均声子数）中。所提装置为研究具有强动量依赖电子-声子相互作用系统中极化子形成的量子动力学提供了一个理想的测试平台。