Estabilização dissipativa de estados incompressíveis de muitos corpos. uma, Entropia e fluxo de partículas entre o ambiente projetado e o sistema quântico de muitos corpos. Círculos indicam estados de partícula única do sistema; os estados ocupado e vazio são mostrados em preto e branco, respectivamente, com cinza indicando despovoamento dissipativo. b, Energia necessária para injetar fótons adicionais (∂E / ∂N) em função do número de fótons (N) no sistema. Os fótons são continuamente e irreversivelmente adicionados ao sistema em uma estreita faixa de energia (azul) que conecta o vácuo inicial ao estado desejado (estrela) por meio de estados intermediários (região preta). Este processo para quando o sistema está totalmente preenchido no fóton número N0 devido à presença da lacuna de compressibilidade Δcomp, assim, preparando e estabilizando o estado de muitos corpos com intervalo (por energia Δmb) no qual os fótons se auto-organizam em uma fase fortemente correlacionada determinada pelo hamiltoniano subjacente. Os canais de perda dependente de energia (vermelho) garantem que todas as excitações em estados de energia superior (região cinza) tenham vida curta. Crédito:(c) Natureza (2019). DOI:10.1038 / s41586-019-0897-9
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chicago desenvolveu uma plataforma de circuito para a exploração de matéria quântica feita de fótons de micro-ondas de forte interação. Em seu artigo publicado na revista Natureza , o grupo descreve sua plataforma e como ela pode ser usada.
Como parte do esforço para criar um computador quântico útil, cientistas têm investigado circuitos supercondutores, que são controláveis, têm longos tempos de coerência e fortes interações - características necessárias ao estudar materiais quânticos com fótons de micro-ondas. Os pesquisadores observam também que as perdas de fótons em tais circuitos (dissipação) podem impedir a formação de fases de muitos corpos. Abordar esta questão, eles desenvolveram uma plataforma de circuito versátil para lidar com fases de muitos corpos por meio de engenharia de reservatório, resultando em um isolador Mott para reduzir as perdas.
O esquema envolve imaginar um local minúsculo chamado transmon e considerar como ele poderia abrigar um único fóton. Em tal cenário, quando o transmon está vazio, é uma questão simples adicionar um fóton empurrando com um campo elétrico gerado por microondas, mas fazer isso também pode remover qualquer fóton que já esteja alojado. Em vez de, os pesquisadores sugerem adicionar um reservatório e empurrar os fótons para o transmon como pares - qualquer fóton extra se moveria naturalmente para o reservatório. No caso de já haver um fóton no transmon, ele permaneceria no lugar ao invés de se mover para o reservatório. Próximo, os pesquisadores imaginaram estender o esquema adicionando mais transmons para formar uma cadeia. Um fóton adicionado faria o seu caminho descendo a cadeia, e se nenhum local estiver vazio, iria acabar no reservatório. Eventualmente, o sistema chega a um ponto em que todos os locais da cadeia são preenchidos com fótons únicos - isso representaria um estado isolante de Mott.
Os pesquisadores observam que tal esquema seria flexível e, portanto, poderia ser aplicado a sistemas com formatos diferentes, tamanhos e acoplamentos. Eles observam também que o esquema pode ser usado para preparar qualquer fase lacuna da matéria. Eles apontam que, para tal esquema ser prático, dois novos avanços ainda são necessários:uma forma de estendê-lo a um sistema maior e um meio de melhorar a qualidade do preparo.
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