Estabilización disipativa de estados incompresibles de muchos cuerpos. a, La entropía y el flujo de partículas entre el entorno diseñado y el sistema cuántico de muchos cuerpos. Los círculos indican estados de una sola partícula del sistema; los estados ocupados y vacíos se muestran en blanco y negro, respectivamente, con gris que indica despoblación disipativa. B, Energía requerida para inyectar fotones adicionales (∂E / ∂N) en función del número de fotones (N) en el sistema. Los fotones se agregan de forma continua e irreversible al sistema en una banda de energía estrecha (azul) que conecta el vacío inicial con el estado objetivo deseado (estrella) a través de estados intermedios (región negra). Este proceso se detiene cuando el sistema está completamente lleno en el número de fotones N0 debido a la presencia del espacio de compresibilidad Δcomp, preparando y estabilizando así el estado de muchos cuerpos con huecos (por energía Δmb) en el que los fotones se autoorganizan en una fase fuertemente correlacionada determinada por el hamiltoniano subyacente. Los canales de pérdida dependientes de energía (rojo) aseguran que todas las excitaciones hacia estados de mayor energía (región gris) sean de corta duración. Crédito:(c) Naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41586-019-0897-9
Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago ha desarrollado una plataforma de circuito para la exploración de materia cuántica hecha de fotones de microondas que interactúan fuertemente. En su artículo publicado en la revista Naturaleza , el grupo describe su plataforma y cómo podría usarse.
Como parte del esfuerzo por crear una computadora cuántica útil, Los científicos han estado investigando circuitos superconductores, que son controlables, tienen tiempos de coherencia prolongados y tienen interacciones fuertes, características requeridas cuando se estudian materiales cuánticos con fotones de microondas. Los investigadores también señalan que las pérdidas de fotones en tales circuitos (disipación) pueden frenar la formación de fases de muchos cuerpos. Para abordar este asunto, han desarrollado una plataforma de circuito versátil para manejar fases de muchos cuerpos a través de ingeniería de yacimientos, resultando en un aislante Mott para reducir pérdidas.
El esquema implica imaginar una ubicación diminuta llamada transmon y considerar cómo podría albergar un solo fotón. En tal escenario, cuando el transmon está vacío, es una cuestión simple agregar un fotón presionando con un campo eléctrico generado por microondas, pero hacerlo también podría eliminar cualquier fotón que ya esté alojado. En lugar de, los investigadores sugieren agregar un reservorio y empujar fotones en el transmón como pares; cualquier fotón adicional se movería naturalmente al reservorio. En el caso de que ya haya un fotón en el transmon, permanecería en su lugar en lugar de trasladarse al depósito. Próximo, los investigadores imaginaron extender el esquema agregando más transmons para formar una cadena. Un fotón adicional se abriría camino por la cadena, y si ninguna ubicación estuviera vacía, terminaría en el depósito. Finalmente, el sistema llega a un punto en el que todas las ubicaciones de la cadena están llenas de fotones individuales; esto representaría un estado aislante de Mott.
Los investigadores señalan que dicho esquema sería flexible y, por lo tanto, podría aplicarse a sistemas con diferentes formas, Tamaños y acoplamientos. Señalan también que el esquema podría usarse para preparar cualquier fase de materia con huecos. Señalan que para que tal esquema sea práctico, Todavía se necesitan dos nuevos avances:una forma de extenderlo a un sistema más grande y un medio para mejorar la calidad de la preparación.
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