Controllo selettivo e visualizzazione dei modi di Higgs e Goldstone con un simulatore quantistico

Abstract degli autori

Realizziamo il modello di Bose-Hubbard mesoscopico a riempimento unitario su un array bidimensionale di qubit transmon e stimoliamo selettivamente modi collettivi associati alle fluttuazioni di ampiezza o di fase del parametro d’ordine superfluido. Identifichiamo questi modi rispettivamente come modi di Higgs e di Goldstone usando osservabili locali complementari, ricavate dalla misurazione del numero di particelle in ciascun sito. La modulazione dell’accoppiamento tra i siti stimola il modo di Higgs, che rileviamo attraverso la densità dei siti doppiamente occupati. Al contrario, la modulazione del potenziale chimico locale, con un profilo spaziale scelto opportunamente, stimola il modo di Goldstone a frequenza più bassa, che rileviamo attraverso le variazioni della densità locale. I due modi hanno simmetrie diverse e non si accoppiano tra loro. Variando la geometria del sistema, caratterizziamo l’impatto delle dimensioni finite del sistema sull’evoluzione di entrambi i modi. Nel limite termodinamico, il decadimento in un continuo di eccitazioni a energia più bassa può rendere difficile osservare la risposta di Higgs. Nel nostro sistema mesoscopico, invece, le dimensioni finite del sistema generano gap spettrali e ci consentono di rilevare il modo di Higgs come un’eccitazione coerente e di lunga durata. Il nostro lavoro dimostra come simulatori quantistici di dimensioni finite possano isolare e sondare fenomeni fisici che diventano difficili da risolvere nel limite termodinamico e su larga scala.