title: Spectroscopy of Interacting Quasiparticles in Trapped Ions.
abstract: The static and dynamic properties of many-body quantum systems are often well described by collective excitations, known as quasiparticles. Engineered quantum systems offer the opportunity to study such emergent phenomena in a precisely controlled and otherwise inaccessible way. We present a spectroscopic technique to study artificial quantum matter and use it for characterizing quasiparticles in a many-body system of trapped atomic ions. Our approach is to excite combinations of the system's fundamental quasiparticle eigenmodes, given by delocalized spin waves. By observing the dynamical response to superpositions of such eigenmodes, we extract the system dispersion relation, magnetic order, and even detect signatures of quasiparticle interactions. Our technique is not limited to trapped ions, and it is suitable for verifying quantum simulators by tuning them into regimes where the collective excitations have a simple form.
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: P
authors.initials: P
authors.lastname: Jurcevic
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: P
authors.initials: P
authors.lastname: Hauke
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: C
authors.initials: C
authors.lastname: Maier
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: C
authors.initials: C
authors.lastname: Hempel
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: B P
authors.initials: BP
authors.lastname: Lanyon
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: R
authors.initials: R
authors.lastname: Blatt
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria.|Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: C F
authors.initials: CF
authors.lastname: Roos