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Observation of magnon bound states in the long-range, anisotropic Heisenberg model
arXiv:2212.03899
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Over the recent years coherent, time-periodic modulation has been established as a versatile tool for realizing novel Hamiltonians. Using this approach, known as Floquet engineering, we experimentally realize a long-ranged, anisotropic Heisenberg model with tunable interactions in a trapped ion quantum simulator. We demonstrate that the spectrum of the model contains not only single magnon excitations but also composite magnon bound states. For the long-range interactions with the experimentally realized power-law exponent, the group velocity of magnons is unbounded. Nonetheless, for sufficiently strong interactions we observe bound states of these unconventional magnons which possess a non-diverging group velocity. By measuring the configurational mutual information between two disjoint intervals, we demonstrate the implications of the bound state formation on the entanglement dynamics of the system. Our observations provide key insights into the peculiar role of composite excitations in the non-equilibrium dynamics of quantum many-body systems.
Quantum Theory of Light Interaction with a Dielectric Sphere: Towards 3D Ground-State Cooling
arXiv:2212.04838
Entanglement phase diagrams from partial transpose moments
arXiv:2212.10181
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We present experimentally and numerically accessible quantities that can be used to differentiate among various families of random entangled states. To this end, we analyze the entanglement properties of bipartite reduced states of a tripartite pure state. We introduce a ratio of simple polynomials of low-order moments of the partially transposed reduced density matrix and show that this ratio takes well-defined values in the thermodynamic limit for various families of entangled states. This allows to sharply distinguish entanglement phases, in a way that can be understood from a quantum information perspective based on the spectrum of the partially transposed density matrix. We analyze in particular the entanglement phase diagram of Haar random states, states resulting form the evolution of chaotic Hamiltonians, stabilizer states, which are outputs of Clifford circuits, Matrix Product States, and fermionic Gaussian states. We show that for Haar random states the resulting phase diagram resembles the one obtained via the negativity and that for all the cases mentioned above a very distinctive behaviour is observed. Our results can be used to experimentally test necessary conditions for different types of mixed-state randomness, in quantum states formed in quantum computers and programmable quantum simulators.
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Forschungsgruppen
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Die Forschungsgruppe um Rainer Blatt untersucht quantenphysikalische Prozesse an Ionen, die in Ionenfallen gespeichert sind. Ziel der Experimente ist es, eine möglichst vollständige Kontrolle über...
Quantenoptik und Spektroskopie -
Die Forschungsgruppe um Francesca Ferlaino beschäftigt sich mit dipolaren Quantenphänomenen, wofür sie stark magnetische Atomspezies verwendet. So konnte die Gruppe im Jahr 2012 das erste...
Dipolare Quantengase -
Die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Rudolf Grimm untersucht ultrakalte Teilchensysteme, bestehend aus optisch gespeicherten Quantengasen sehr nahe am absoluten Nullpunkt. Solche Systeme...
Ultrakalte Atome und Quantengase -
Die Forschungsgruppe um Gerhard Kirchmair arbeitet an supraleitenden Schaltkreisen und deren Anwendung in der Quanteninformationsverarbeitung und Quantensimulation. Die quantenmechanischen...
Supraleitende Quantenschaltkreise -
Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Hannes Pichler beschäftigt sich mit quantenoptischen Systemen, Quanten-Vielteilchenphysik und Quanteninformation. Ziel der Gruppe ist es, die theoretischen Grundlagen...
Quantenoptik und Vielteilchenphysik -
Die von Oriol Romero-Isart geführte Forschungsgruppe beschäftigt sich mit Themen der theoretischen Quantenoptik und Quantennanophysik, sowohl im Kontext von Grundlagenforschung als auch im Hinblick...
Quantennanophysik, Quantenoptik und Quanteninformation -
Die Forschungsthemen der Gruppe um Peter Zoller sind in den Gebieten der theoretischen Quantenoptik und Atomphysik, der Quanteninformation und der Theorie kondensierter Materie angesiedelt. Im...
Quantenoptik und Quanteninformation