2019年度の6号目のネイチャーのハイライトより。
量子物理学：多体物理学の新しい解釈
Nature 566, 7742
2019年2月7日
人工量子物質からは、多体系の強相関状態を研究する有益なプラットフォームが得られる。今回R Maたちは、8個の超伝導量子ビット（キュービット）によるモット絶縁体のアナログ量子シミュレーションを示している。コヒーレントな駆動と設計された散逸を組み合わせることで、粒子（マイクロ波光子）の不可逆な注入が実現され、その結果、粒子の注入と固有の光子損失が平衡する、望ましい安定化した多体状態が得られた。実証された散逸スキームによって、物質のよりエキゾチックな相関相の探究が容易になる可能性があり、超伝導回路の汎用性が確かめられた。
News & Views p.45
Article p.51
この論文はネイチャーのニュースにも取り上げられました。
日本語版本誌では、「量子物理学：光の交通渋滞」と題されています。
見出しにおいては、「今回、エネルギー損失を利用する手法を用いて、光の粒子が所定の位置に固定される物質相が生み出された。この手法によって、これまで見られなかったエキゾチックな物質相の実現への道が開かれる。」と取り上げられました。
フルテキストを直訳しますと・・・
光の渋滞
となり、見出しを直訳しますと・・・
エネルギー損失を利用する技術は、光の粒子が所定の位置に固定される物質の相を生成するために使用されてきました。これにより、これまで見えなかった物質のエキゾチックな段階を実現する道が開かれます。
となります。本文を少しだけ直訳しますと・・・
光が物質を通過すると、速度が低下します。慎重に設計された物質を光が通過すると、光は停止することさえあります。これが発生する1つの方法は、材料内の個々の光の粒子（光子）の速度がゼロの場合です。もう1つのより興味深い方法は、通常は妨げられずに互いに通過する光子が互いに反発されるようにすることです。反発力が十分に強い場合、フォトンは移動できず、ライトは所定の位置に固定されます。 Nature、Ma et al.1で、Mott絶縁体として知られるこのような物質の相は、光子が超伝導回路の配列を移動するシステムでエネルギー損失を利用することで生成できると報告しています。
さまざまな実験の目的は、計算および高精度センシングで使用するための大規模な量子システムを設計し、前例のない特性を持つ材料を設計することです。これらの実験では、散逸（エネルギーの損失、より一般的にはシステムに関する情報）を、大規模な量子システムを生成するための嫌悪感として扱うことがよくあります。その理由は、散逸を含む小さな摂動が、数個以上の粒子のシステムにおける量子効果を破壊することが多いためです。したがって、散逸を最小限に抑えるために細心の注意が払われます。
ただし、散逸が慎重に設計されると、それもリソースになる可能性があり、エキゾチックな量子物質を実現するためのその有用性が利用され始めます[2–8]。散逸を使用して異常な量子状態を生成する一般的な方法の1つは、材料の温度を下げることです。これは、材料をクーラントに浸してエネルギーを抽出することで実現できます。高速道路の車がエネルギーを熱と音に放散することにより、高エネルギーのスムーズに流れる状態から渋滞状態に移行できるように、量子システムは、エネルギーを光子に放散することにより、比較的熱い初期状態から冷たく渋滞した状態に移行できます。
Maと同僚は、より洗練された方法を使用して、超伝導回路からエネルギーを放散しました。これは、通常の回路に似ていますが、一部の要素が超伝導ワイヤに置き換えられています。著者は、トランスモンと呼ばれる8つの超伝導回路のチェーンを使用しました。各トランスモンは、フォトンが占有できるサイトと考えることができます。 2つの光子が同じサイトを占める場合、それらはかなりのエネルギーコストで相互作用します。
となります。
フルテキストは下記です。
Full Text：News & Views p.45
本論文においては、日本語版本誌では、「量子物理学：散逸的に安定化した光子のモット絶縁体」と題されています。
フルテキストを直訳しますと・・・
散逸的に安定化された光子のモット絶縁体
となり、Abstractを直訳しますと・・・
超伝導回路は、制御性、長いコヒーレンス時間、強力な相互作用（マイクロ波光子を含む量子材料の研究に不可欠な特性）を提供するため、量子計算の競争力のあるプラットフォームです。ただし、これらの回路の固有の光子損失は、量子多体相の実現を妨げます。ここでは、超伝導回路を使用して、強く相互作用する領域で光子のボーズ・ハバード格子を構築することにより、強く相関した量子物質を探索します。貯水池工学を通じて非圧縮性の多体相の散逸的調製のための多目的な方法を開発し、それをシステムに適用して、光子のモット絶縁体を損失に対して安定化させます。格子のサイトおよび時間分解読み出しにより、モット相での欠陥の伝播と除去のダイナミクスを通じて熱化プロセスの微視的詳細を調査することができます。私たちの実験は、コヒーレントな散逸設定と工学的散逸設定の両方で強く相関する物質を研究するための超伝導回路の能力を実証しています。最近実証された超伝導マイクロ波チャーン絶縁体と併せて、我々のアプローチが物質の位相的に秩序化された相の探査を可能にすることを期待しています。
となります。
フルテキストは下記です。詳細が必要な方はご購入をお願いいたします。
Full Text：Article p.51
A dissipatively stabilized Mott insulator of photons
Data availabilityによりますと・・・
この原稿に記載されている実験データと数値シミュレーションは、リクエストに応じて対応する著者から入手できます。
究極に溜まりに溜まったネイチャー。次回は、「加齢：レトロトランスポーザブルエレメントが老化細胞でインフラメージングを引き起こす」を取り上げます。
※巡回途中ですが、取り上げないといけないデータが溜まっているため、取り急ぎ、連続投稿で取り上げさせていた頂きました。大事をとって、ここでいったん休みます。
※体調が安定しないため休み休みで不規則となっております。巡回等が大変遅れております。申し訳ございません。
