Projektbeschreibung
Simulation komplexer Wechselwirkungen zwischen Quantensystemen und Umwelt
Mit isolierten Quantensystemen konnten dank ihrer kontrollierten Umgebung wichtige Quantenprozesse aufgeklärt werden. Bei Anwendungen kommt es jedoch zwangsläufig zu Interaktionen mit der Umwelt. Interessanterweise können diese Wechselwirkungen und die daraus resultierende Energierelaxation und Dekohärenz neuartige Phänomene und Möglichkeiten ergeben. Die Nichtgleichgewichts-Relaxationsdynamik, die durch ein nichtmarkovsches Gedächtnis und die starke Interaktion mit der Umgebung moduliert wird, bildet ein hervorragendes Beispiel. Das Team des ERC-finanzierten Projekts NG-Quapi zielt darauf ab, Berechnungsmethoden zu entwickeln, die die Simulation von Quantendynamik in kondensierter Phase in komplexen Systemen und Umgebungen erleichtern und somit den Zugang zu Simulationen ermöglichen, die mit klassischem Rechnen nicht ausführbar sind. Mithilfe der resultierenden Softwareplattform für numerische Pfadintegration werden die Forschenden die Auswirkungen der Wechselwirkungen zwischen System und Umgebung auf die Kohärenz, die zugrunde liegenden Mechanismen und mögliche Kontrollstrategien untersuchen können.
Ziel
The inevitable interaction of a quantum system with the environment leads to energy relaxation and decoherence which can result in novel phenomena and opportunities not present in isolated quantum systems. Of particular interest is the non-equilibrium relaxation dynamics subject to non-Markovian memory and at strong interaction with the environment. In such situations, novel and generally applicable computational methods are necessary for precise and reliable simulations of the many body dynamics of open quantum systems.
For this purpose, a hierarchy of methodological developments is proposed within the framework of the quasi-adiabatic propagator path integral (Quapi) method that address (i) the generalization of the method to more complex environments, (ii) its numerical efficiency and scalability, and (iii) employ neural networks to leverage algorithm performance. Finally, (iv) a quantum algorithm-based strategy is pursued for accelerated numerical propagation algorithms on near-term quantum devices. The hierarchy of developments facilitates simulations of condensed phase quantum dynamics for more complex systems and ever complex environments to address highest relevance open questions and research objectives in the understanding of condensed phase quantum dynamics, specifically, if the interactions of a system with its environment potentially can affect the systems coherence, the underlying mechanisms leading to complex many body phenomena and the possibility of control of the system dynamics and its decoherence.
Ultimately, the algorithm developments and novel conceptual approaches will yield a comprehensive numerical path integration software platform for condensed phase quantum dynamics simulations that has groundbreaking potential by facilitating extremely challenging simulations that are not yet possible on classical computers or only envisioned on tailor made quantum devices.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- NaturwissenschaftenInformatik und InformationswissenschaftenSoftware
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenQuantenphysik
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-COG
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