Projektbeschreibung
Quantenoptische topologisch geordnete Vielteilchenzustände
Welleninterferenz, die durch die Wechselwirkung von Licht mit dichten, regelmäßigen Atomanordnungen entsteht, kann zu starker kollektiver Emission führen. Dadurch kann die Effizienz von Anwendungen auf Einzelphotonen-Ebene drastisch verbessert werden. Ziel des über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts QUINTO ist es, solche Systeme bei der Realisierung von Quanten-Vielteilchenzuständen mit topologischer Ordnung zu untersuchen. Die topologische Ordnung ist ein Phänomen, das für eine Vielzahl von Themen von Bedeutung ist, von der fehlertoleranten Quanteninformatik bis zur Entstehung exotischer fundamentaler Eigenschaften. QUINTO soll neue Wege zur Erzeugung, zum Verständnis und zur Messung topologisch geordneter Zustände in der Vielteilchen-Quantenoptik eröffnen, indem es innovative theoretische und numerische Verfahren einsetzt.
Ziel
Atom-light interfaces are vital for a range of potential applications in the coming “second quantum revolution”, from secure communication to ultra-precise sensors to quantum computers. A new exciting possibility is to arrange atoms in dense, regular arrays, where wave interference leads to strong collective emission. This property has been shown to polynomially or even exponentially improve the efficiency of single-photon-level applications. A frontier still awaiting a breakthrough is in the many-body regime, in particular, to expand the realm of atom arrays interacting with light toward realizing and studying exotic strongly correlated behavior.
In QUINTO (Quantum INteracting Topological Optics), we will propose routes by which such systems can realize many-body states featuring topological order (TO). TOs have attracted significant interest due to wide-ranging implications ranging from possible fault-tolerant quantum computing to surprising fundamental properties such as the emergence of “anyonic quasi-particles” (being neither bosons nor fermions) and emergent lattice gauge theories. We will use the known physics of TOs within condensed matter physics as a “window” to developing the concept of many-body quantum optics, and show that, in turn, the arrays provide new ways of creating, understanding and measuring TOs.
We will employ innovative, condensed-matter-inspired theoretical and numerical techniques, breaking state-of-the-art limitations (e. g. on system size), to study two routes towards quantum-optical TOs: arrays in optical cavities and “topological bands” in free-space arrays. We aim to: (i) demonstrate that long-range interactions, induced by emission and re-absorption of photons, provides a new paradigm for inducing TOs, (ii) elucidate the influence of such interactions on fundamental TO physics, and (iii) show that the output light carries information sufficient to detect a TO (including signatures of anyons).
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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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2023-PF-01
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HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF -Koordinator
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Spanien