Topologiczne stany stabilizowane przez lokalizację wielu ciał

Atomy rydbergowskie to atomy, w których przynajmniej jeden elektron znajduje się na orbicie o wysokiej głównej liczbie kwantowej, co czyni je bardzo czułymi na pola zewnętrzne oraz oddziaływania międzycząsteczkowe. Z teoretycznego punktu widzenia istotne jest to, że za pomocą symulatorów kwantowych opartych na atomach rydbergowskich można tworzyć różne typy oddziaływań, co pozwala na naturalne odwzorowanie różnych kwantowych modeli sieciowych złożonych ze spinów. Dodatkowo, pozycje atomów można precyzyjnie kontrolować, co umożliwia realizację różnych geometrii tych sieci. Ta praca się skupia na jednowymiarowym dipolowym modelu XY, realizowanym przy użyciu dwóch stanów Rydberga o przeciwnych parzystościach. Badany jest wpływ precyzyjnej kontroli nad położeniami atomów na pojawianie się interesujących zjawisk fizycznych. W szczególności analizowane są własności stanów wzbudzonych w warunkach dalekich od równowagi termodynamicznej. W pierwszej kolejności badane jest łamanie ergodyczności wywołane nieuporządkowaniem w rozmieszczeniu atomów. Następnie analizowany jest wpływ parowania spinów na proces termalizacji. Pokazujemy, że lokalizacja może występować w konfiguracjach dymeryzowanych, nawet w obecności słabego nieuporządkowania. Na koniec, nowe reżimy są badane z perspektywy stanów topologicznych (SPT). W całym zakresie energetycznym identyfikowana jest rozległa liczba stanów o różnej topologii.

This work focuses on Rydberg Tweezer Array quantum simulation platform. Rydberg atoms are atoms with at least one electron with high principal quantum number, making them extremely large and highly sensitive to external fields and interactions. From theoretical perspective it is relevant that in this platform underlying Rydberg atoms may have different types of interactions, allowing for natural mapping onto various quantum spin-1/2 lattice models, and positions of these atoms can be manipulated very precisely using optical tweezers, allowing for different geometries of these lattices. This thesis focuses on the one-dimensional dipolar XY model, realized using two Rydberg states of opposite parity. We investigate how precise control over the positions of these atoms can give rise to a variety of interesting phenomena. In particular, we examine the properties of excited states in out-of-equilibrium settings. Firstly, we investigate ergodicity-breaking induced by disorder in the positions of the atoms. Then, we explore how the pairing of underlying spins affects thermalization. We find that localization emerges for dimerized configurations even in the presence of weak disorder. Finally, these new regimes are investigated from the perspective of Symmetry Protected Topological states. Extensive number of states with different topology is found across all of the energies.