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Analog quantum simulation of the Rabi model in the ultra-strong coupling regime

Braumüller, Jochen 1; Marthaler, Michael 2; Schneider, Andre 1; Stehli, Alexander 1; Rotzinger, Hannes ORCID iD icon 1; Weides, Martin 1; Ustinov, Alexey V. 1
1 Physikalisches Institut (PHI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The quantum Rabi model describes the fundamental mechanism of light-matter interaction. It consists of a two-level atom or qubit coupled to a quantized harmonic mode via a transversal interaction. In the weak coupling regime, it reduces to the well-known Jaynes–Cummings model by applying a rotating wave approximation. The rotating wave approximation breaks down in the ultra-strong coupling regime, where the effective coupling strength g is comparable to the energy ω of the bosonic mode, and remarkable features in the system dynamics are revealed. Here we demonstrate an analog quantum simulation of an effective quantum Rabi model in the ultra-strong coupling regime, achieving a relative coupling ratio of g/ω ~ 0.6. The quantum hardware of the simulator is a superconducting circuit embedded in a cQED setup. We observe fast and periodic quantum state collapses and revivals of the initial qubit state, being the most distinct signature of the synthesized model.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP)
Physikalisches Institut (PHI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2017
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2041-1723
urn:nbn:de:swb:90-756910
KITopen-ID: 1000075691
Erschienen in Nature Communications
Verlag Nature Research
Band 8
Heft 1
Seiten Art. Nr. 779
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Nachgewiesen in Web of Science
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OpenAlex
Dimensions
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000075691
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1038/s41467-017-00894-w
Scopus
Zitationen: 123
Web of Science
Zitationen: 130
Dimensions
Zitationen: 147
Seitenaufrufe: 338
seit 02.05.2018
Downloads: 327
seit 20.10.2017
Cover der Publikation
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