Analog quantum simulation of the Rabi model in the ultra-strong coupling regime.
Analog quantum simulation of the Rabi model in the ultra-strong coupling regime.
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DOI：
10.1038/s41467-017-00894-w
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发表时间：
2017-10-03
影响因子：
16.6
通讯作者：
Ustinov AV
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Braumüller J;Marthaler M;Schneider A;Stehli A;Rotzinger H;Weides M;Ustinov AV
量子拉比模型描述了光与物质相互作用的基本机制。它由通过横向相互作用耦合到量化谐波模式的两级原子或量子位组成。在弱耦合状态下，它通过应用旋转波近似简化为著名的 Jaynes-Cummings 模型。旋转波近似在超强耦合状态下失效，其中有效耦合强度 g 与玻色子模式的能量 ω 相当，并揭示了系统动力学的显着特征。在这里，我们演示了超强耦合状态下有效量子拉比模型的模拟量子模拟，实现了 g/ω ~ 0.6 的相对耦合比。模拟器的量子硬件是嵌入 cQED 设置中的超导电路。我们观察到快速且周期性的量子态崩溃和初始量子位态的复兴，这是合成模型最明显的特征。利用基于超导电路的量子硬件探索了模拟量子模拟方案。在这里，作者研究了超强耦合条件下量子拉比模型的时间演化，该模型是通过在有效框架中减慢系统动力学来合成的。
The quantum Rabi model describes the fundamental mechanism of light-matter interaction. It consists of a two-level atom or qubit coupled to a quantized harmonic mode via a transversal interaction. In the weak coupling regime, it reduces to the well-known Jaynes–Cummings model by applying a rotating wave approximation. The rotating wave approximation breaks down in the ultra-strong coupling regime, where the effective coupling strength g is comparable to the energy ω of the bosonic mode, and remarkable features in the system dynamics are revealed. Here we demonstrate an analog quantum simulation of an effective quantum Rabi model in the ultra-strong coupling regime, achieving a relative coupling ratio of g/ω ~ 0.6. The quantum hardware of the simulator is a superconducting circuit embedded in a cQED setup. We observe fast and periodic quantum state collapses and revivals of the initial qubit state, being the most distinct signature of the synthesized model. An analog quantum simulation scheme has been explored with a quantum hardware based on a superconducting circuit. Here the authors investigate the time evolution of the quantum Rabi model at ultra-strong coupling conditions, which is synthesized by slowing down the system dynamics in an effective frame.
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