Quantum simulations of condensed-matter and high-energy systems with trapped ions and ultracold atoms

Resumen

En esta tesis se estudian los simuladores cuánticos analógicos, sistemas experimentales capaces de reproducir de forma eficiente complicados modelos de la física cuántica de muchos cuerpos. Dichos simuladores reproducen de forma exacta el Hamiltonia no del sistema a simular, heredando todas sus propiedades, y por tanto permitiendo explorar todas sus propiedades en un laboratorio. En particular nos centraremos en dos plataformas experimentales: iones atrapados, y átomos fríos en redes ópticas. Estos sistemas poseen propiedades distintivas y complementarias que hace que la simulación de ciertos fenómenos sea más apropiada en una u otra plataforma. Por ejemplo, mientras que las redes ópticas simulan de forma natural fenómenos que involucran miles de partículas, los iones atrapa- dos son más apropiados para la simulación de la física de pocos cuerpos. De hecho, los iones atrapados pueden incluso alcanzar el límite de una sola partícula. Esta tesis presenta propuestas teóricas para simular los siguientes fenómenos en trampas iónicas: ecuación de Dirac, modelos de espines con interacciones a tres cuerpos, y localización de Anderson de fonones. Así mismo, presentamos las siguientes propuestas para átomos fríos en redes ópticas...