Dinâmica quântica de um ensemble de átomos Rydberg totalmente bloqueados

A simulação clássica de sistemas quânticos desempenha um papel importante no estudo de fenômenos de muitos corpos e na avaliação e verificação de tecnologias quânticas. A simulação exata é frequentemente limitada a sistemas pequenos, porque a dimensão do espaço de Hilbert aumenta exponencialmente com o tamanho do sistema. Para sistemas que possuem um alto grau de simetria, no entanto, a simulação clássica pode atingir tamanhos muito maiores. Aqui consideramos um ensemble de átomos fortemente interagentes com simetria de permutação, possibilitando o cálculo de certos observáveis coletivos para centenas de átomos em tempos de evolução arbitrariamente longos. O sistema é realizado por um ensemble de átomos de três níveis, onde um dos níveis corresponde a um estado Rydberg altamente excitado. No limite do bloqueio Rydberg de todos para todos, o Hamiltoniano é invariante sob permutação dos átomos. Usando técnicas da teoria de representação, construímos uma forma bloco-diagonal do Hamiltoniano, onde o tamanho do maior bloco aumenta apenas linearmente com o tamanho do sistema. Aplicamos esse formalismo para derivar sequências de pulsos eficientes para preparar estados quânticos invariantes por permutação arbitrária. Além disso, estudamos a dinâmica quântica após uma queima, descobrindo um regime de parâmetros no qual o sistema se torna térmico lentamente e exibe renascimentos pronunciados. Nossos resultados criam oportunidades para o estudo experimental e teórico de grandes sistemas quânticos interagentes e não integráveis. Publicado pela American Physical Society 2024.