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Measurement-based dynamic control of mesoscopic many-body systems

Projektbeschreibung

Revolutionierung der Quantenkontrolle

Die Quantenkontrolle ist ein ehrgeiziger Rahmen für die Steuerung der Dynamik von Anfangszuständen zu beliebigen gewünschten Endzuständen. Die meisten bisherigen generischen Quantenkontrollschemata sind jedoch durch hohe Anforderungen an die Kontrollierbarkeit entweder des System-Hamiltonians oder eines Satzes von Messoperatoren eingeschränkt, was die effiziente Umsetzung dieser Systeme in vielen realistischen Szenarien erschwert. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt MECTRL zielt darauf ab, diese Beschränkungen zu überwinden und die Vielkörper-Quantenkontrolle effizienter und zuverlässiger zu machen. Im Rahmen des Projekts wird eine Kombination aus fester Vielkörper-Zeitentwicklung und genauer Kenntnis der Quantenrückwirkung eingesetzt, um die Dynamik in ausreichend kleinen, aber interessanten Vielkörper-Systemen zu steuern. Das Projektteam wird versuchen, Computeralgorithmen der nächsten Generation zur Optimierung zu entwickeln, die ein höheres Kognitionsniveau aufweisen.

Ziel

Quantum control is an ambitious framework for steering dynamics from initial states to arbitrary desired final states. It has over the past decade been used extensively with immense success for control of low- dimensional systems in as varied fields as molecular dynamics and quantum computation. Only recently have efforts been initiated to extend this to higher-dimensional many-body systems. Most generic quantum control schemes to date, however, put quite heavy requirements on the controllability of either the system Hamiltonian or a set of measurement operators. This will in many realistic scenarios prohibit an efficient realization.

Within this proposal, I will develop a new quantum control scheme, which is minimalistic on system requirements and therefore ideally suited for the efficient and reliable optimization of many-body control problems. The fundamentally new ingredient is the total quantum evolution dictated by a combination of fixed many-body time evolution and the precise knowledge of the quantum back-action due to repeated quantum non-destruction (QND) measurements of a single projection operator.
The main focus of this proposal is theoretical and experimental quantum engineering of the dynamics in systems, which are sufficiently small to calculate the measurement back-action exactly and sufficiently large to have interesting many-body properties.
Recent experimental advances in single site manipulation of bosons in optical lattices have enabled the high fidelity preparation exactly such mesoscopic samples of atoms (5-50). This forms an ideal starting point for many-body quantum control, and we will i.a. demonstrate engineering of quantum phase transitions and preparation of highly non-classical Schödinger cat states.

Finally, using the results from an online graphical interface allowing users of the internet to solve quantum problems we will attempt to build next-generation optimization computer algorithms with a higher level of cognition built in.

Wissenschaftliches Gebiet

CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

AARHUS UNIVERSITET
Netto-EU-Beitrag
€ 1 499 406,00
Adresse
NORDRE RINGGADE 1
8000 Aarhus C
Dänemark

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Region
Danmark Midtjylland Østjylland
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 499 406,00

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