文摘
强相互作用的拓扑关系1展览从根本上新现象和潜在的应用在量子信息技术2,3。象征实例分数量子霍尔(FQH)状态4,磁场的相互作用和强相互作用产生了略微准粒子,长程纠缠和anyonic交换数据。工程的进展合成磁场5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20.,21了希望创造这些奇异的状态在量子系统控制。然而,除了最近劳克林光的状态22工程系统,准备FQH州仍然遥遥无期。这里我们实现FQH状态与超冷原子光学晶格。国家是一个晶格版本的玻色子ν= 1/2劳克林状态4,23网站16日与两个粒子。这个最小的系统已经捕获许多Laughlin-type的标志性特征FQH状态24,25,26,27,28:我们观察到抑制双体交互,我们找到一个独特的涡结构密度的相关性,我们测量的分数霍尔电导σH/σ0= 0.6(2)通过响应磁扰动。此外,通过调整磁场,我们绘制出正常和FQH政权之间的过渡点通过光谱的研究多体的差距。我们的工作提供了一个起点为探索高度与超冷原子纠缠拓扑关系29日,30.,31日,32,33。
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确认
我们承认富有成果的讨论与b . Bakkali-Hassani Carusotto, n . Cooper j . Dalibard时候,s .基尔文m . Hafezi j . Ho m . Lebrat f . Palm, n . Unal k Viebahn和m . Zwierlein。我们是由美国国家科学基金会支持,戈登和贝蒂·摩尔基金会的epiq倡议,带来过度一个空军科研办公室负载计划,带来过度陆军研究办公室负载计划,瑞士国家科学基金会NSF (J.L.)和研究生研究奖学金计划(”栏目)。F.G.承认资金2414 DFG通过研究单位(项目编号277974659),通过exc - 2111(项目编号390814868),和伦理委员会通过欧盟的地平线2020(948141年授予协议没有)。净收益承认资金通过EOS项目CHEQS FRS-FNRS和伦理委员会授予TopoCold和意大利。
作者信息
作者和联系
贡献
评论,S.K., J.K. and P.S. contributed to conducting the experiment, collecting and analysing the data and performing the numerical calculations. J.L. proposed the experiment and performed supporting theoretical studies together with F.G., C.R. and N.G. All authors contributed to writing the manuscript and to discussions. M.G. supervised the work.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
M.G. QuEra计算的共同创始人和股东。所有其他作者声明没有利益冲突。
同行评审
同行审查的信息
自然谢谢大卫·菲德尔和其他匿名的,审稿人(s)为他们的贡献的同行评审工作。同行审查报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。
扩展数据数据和表
扩展数据序列图1。
进行实验的完整序列。所有参数为驱动Bose-Hubbard给出哈密顿(不是有效哈密顿)。
扩展数据图2相干时间。
一个下,长期演化的一个原子1 d喇曼隧道。最初原子占据网站0。的隧道x被设置为K/ 2π= 13赫兹(小于主要测量)和倾斜x是Δx/ 2π= 40 Hz /网站。的倾斜导致重相位量子行走和将其转换为布洛赫振荡,它显示的进化时间500毫秒后连贯的复兴。的进化是与适合的数据协议,通过蒙特卡洛波函数包含了退相干技术。b通过数据,减少一个最初的网站0。拟合结果(实线)收益率的衰变率τ拉曼= 1.25 (7)。误差棒表示s.e.m。
扩展数据图3激发态的人群。
一个完整的密度分布测量、协议在左边两列。我们项目的墙之间潜在的左边沿水平方向两列,使隧道,从而排出原子half-rows和潜在doublons分手。这使我们能够确定种群能量最低的36个州福克。福克说,更高的能源包括至少一个原子的两列;人口分配给他们的低能总统与两原子在左边两列。b激发态的人群。推断激发态重叠\ (\ langle {\ psi} _{我}|{\帽子{\ρ}}_ {{\ rm{最终}}}| {\ psi} _{我}\纠正\)准备状态{\ \({\帽子ρ}}_ {{\ rm{最终}}}\)态下的|ψ我& # x3009;最终的哈密顿。我们找到一个占主导地位的人口在基态和激发态的大部分人口最低态下。
扩展数据图4系统规模扩展。
数值系统规模扩展观察FQH签名的N= 2粒子在二次盒子潜力。左面板显示一个3×3的数据系统和右面板显示增加长度时的行为l的系统。一个,能隙图与通量的差距缩小ϕc对隧道/ 2πK/J= 1。对于每个系统大小,我们计算出相应的填充系数使用νc=ρ散装/ (ϕc/ 2π)面板(右)。b,Doublon分数与抑制ϕc/ 2π。我们提取比例\ ({p} _ {{\ rm {Doublon}}} ^ {{\ rm {FQH}}} / {p} _ {{\ rm {Doublon}}} ^ {{\ rm{正常}}}\)从doublon分数\ ({p} _ {{\ rm {Doublon}}} ^ {{\ rm {FQH}}} \)FQH状态\ ({p} _ {{\ rm {Doublon}}} ^ {{\ rm{正常}}}\)在正常状态下,每个间隔Δ提取ϕ= 0.1×ϕc。c降低密度的相关性显示,已经3×3的涡模式系统(左面板)。随着系统规模的增加而增加,相邻的网站(|的相关性d| = 1),深蓝色)方法0和3的相关性在远处lB(浅蓝色,类似于图。4摄氏度)稳定在1和2之间的一个值。d提取,提高体积密度和电导率σH/σ0从线性适合通过Středa的公式。当系统规模的不断扩大,获得的霍尔电导收敛于σH/σ0= 1/2。
扩展数据图5轨道系统的职业和拓扑性质N= 2,N= 4玻色子。
一个,我们首先考虑一个系统N= 4,U= 8J和7×7格子。多体的光谱显示几个局部最小值之间的基态和第一激发态(暗红色),我们将其解释为——的尺寸特征的相变。在范围0.20 <ϕ/ 2π< 0.3,两个这样的最小值,单粒子轨道的职业(直方图)近似匹配劳克林的期望状态。PES更是印证了这一解释,显示了一个最低的差距15态下(红色)和所有higher-lying州(蓝色),指示(准)退化quasi-hole州确定劳克林状态。b为一个系统N= 2,U= 8J和4×4格子,我们发现只有一个局部最小值之间的基态和第一激发态(ϕ/ 2π≈0.25),我们将其解释为从正常的过渡到FQH状态。这是证实了大极化子职业的单粒子轨道的重叠与劳克林状态。为N= 2系统拓扑特征的识别与PES FQH状态是不可能的。
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伦纳德,J。金,S。,Kwan, J.et al。实现与超冷原子分数量子霍尔状态。自然(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 023 - 06122 - 4
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