Stabilisation dissipative des états à plusieurs corps incompressibles. une, Entropie et flux de particules entre l'environnement technique et le système quantique à N corps. Les cercles indiquent les états d'une seule particule du système ; les états occupé et vide sont affichés en noir et blanc, respectivement, avec du gris indiquant un dépeuplement dissipatif. b, Énergie nécessaire pour injecter des photons supplémentaires (∂E/∂N) en fonction du nombre de photons (N) dans le système. Des photons sont ajoutés de manière continue et irréversible au système dans une bande d'énergie étroite (bleu) qui relie le vide initial à l'état cible souhaité (étoile) via des états intermédiaires (région noire). Ce processus s'arrête lorsque le système est entièrement rempli au nombre de photons N0 en raison de la présence de l'écart de compressibilité Δcomp, préparant et stabilisant ainsi l'état à plusieurs corps avec intervalle (d'énergie Δmb) dans lequel les photons s'auto-organisent en une phase fortement corrélée déterminée par l'hamiltonien sous-jacent. Les canaux de perte dépendant de l'énergie (rouge) garantissent que toutes les excitations dans des états d'énergie plus élevée (région grise) sont de courte durée. Crédit :(c) La nature (2019). DOI :10.1038/s41586-019-0897-9
Une équipe de chercheurs de l'Université de Chicago a développé une plate-forme de circuits pour l'exploration de la matière quantique constituée de photons micro-ondes en interaction forte. Dans leur article publié dans la revue La nature , le groupe décrit sa plate-forme et comment elle pourrait être utilisée.
Dans le cadre de l'effort pour créer un ordinateur quantique utile, les scientifiques ont étudié les circuits supraconducteurs, qui sont contrôlables, ont de longs temps de cohérence et ont de fortes interactions - caractéristiques requises lors de l'étude des matériaux quantiques avec des photons micro-ondes. Les chercheurs notent également que les pertes de photons dans de tels circuits (dissipation) peuvent freiner la formation de phases à plusieurs corps. Pour résoudre ce problème, ils ont développé une plate-forme de circuit polyvalente pour gérer les phases à plusieurs corps via l'ingénierie des réservoirs, résultant en un isolant Mott pour réduire les pertes.
Le schéma consiste à imaginer un petit emplacement appelé transmon et à considérer comment il pourrait abriter un seul photon. Dans un tel scénario, quand le transmon est vide, il s'agit simplement d'ajouter un photon en poussant avec un champ électrique généré par micro-ondes, mais cela pourrait également supprimer tout photon déjà hébergé. Au lieu, les chercheurs suggèrent d'ajouter un réservoir et de pousser les photons dans le transmon par paires – tout photon supplémentaire se déplacerait naturellement dans le réservoir. Dans le cas où il y a déjà un photon dans le transmon, il resterait en place plutôt que de se déplacer vers le réservoir. Prochain, les chercheurs ont imaginé étendre le schéma en ajoutant plus de transmons pour former une chaîne. Un photon ajouté ferait son chemin le long de la chaîne, et si aucun emplacement n'était vide, il finirait dans le réservoir. Finalement, le système atteint un point auquel tous les emplacements de la chaîne sont remplis de photons uniques - cela représenterait un état d'isolant de Mott.
Les chercheurs notent qu'un tel schéma serait flexible et pourrait donc être appliqué à des systèmes de formes différentes, tailles et accouplements. Ils notent également que le schéma pourrait être utilisé pour préparer toute phase de matière vide. Ils soulignent que pour qu'un tel régime soit pratique, deux nouvelles avancées sont encore nécessaires :un moyen de l'étendre à un système plus large et un moyen d'améliorer la qualité de la préparation.
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