量子Rabi模型在囚禁离子中的量子模拟

涉及两级系统和玻色子场模式的量子Rabi模型可以说是描述量子光物质相互作用的最简单和最基本的模型。历史上，由于自然光物质过程的参数制度受限制，这种模式的丰富性在实验室中难以捉摸。在这里，我们通过实验实现了量子模拟量子Rabi模型在单个囚禁离子，其中模拟光模式和原子之间的耦合强度可以任意调整。已证明的量子模拟器的多功能性使我们能够实验性地探索量子Rabi模型，包括一系列其他难以接近的现象，如在超强和深能级耦合状态下发生的现象。从这个意义上说，我们能够在深能级耦合区域内绝热地产生量子拉比模型的基态，在那里我们能够检测到玻色子场模式和双能级系统之间的非平凡的纠缠。此外，当耦合强度增加时，我们观察到旋转波近似的破坏，并且当耦合达到深度强耦合状态时，声子波包的产生反复地来回跳动。最后，我们还测量了超强耦合状态下量子Rabi模型的能谱。