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Floquet Hamiltonian Engineering of an Isolated Many-Body Spin System

ORAL

Abstract

Controlling interactions is the key element for quantum engineering of many-body systems. Using time-periodic driving, a naturally given many-body Hamiltonian of a closed quantum system can be transformed into an effective target Hamiltonian thus exhibiting vastly different dynamics. We demonstrate such Floquet engineering with a system of spins represented by Rydberg states in an ultracold atomic gas. Applying a sequence of spin manipulations, the anisotropy of the effective Heisenberg XXZ Hamiltonian can be continuously tuned resulting in a change of symmetry. As a consequence, we observe a drastic change of the relaxation behavior of the total spin which is qualitatively captured by a semi-classical simulation. Synthesising a wide range of Hamiltonians in a single experimental setting opens new opportunities for quantum simulation of non-equilibrium dynamics.

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Presenters

  • Sebastian Geier

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikaliches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

Authors

  • Sebastian Geier

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikaliches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

  • Nithiwadee Thaicharoen

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany ; Research Unit for Quantum Technology, Faculty of Science, Chiang Mai Uni, Chiang Mai Univ

  • Clement Hainaut

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

  • Titus Franz

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikaliches Institut, Heidelberg University

  • Andre Salzinger

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikaliches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

  • Annika Tebben

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Univ Heidelberg, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

  • David Grimshandl

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany

  • Gerhard Zürn

    Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Physikaliches Institut, Heidelberg University, Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany

  • Matthias Weidemüller

    Physikaliches Institute, University of Heidelberg, Germany, Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Germany, Univ Heidelberg, Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Physikalisches Institut, University of Heidelberg; Shanghai Branch, University of Science and Technology of China, Physikalisches Institut, Heidelberg University, Germany