Descripción del proyecto
La dinámica de las cuasipartículas, bajo el microscopio
El concepto de las cuasipartículas es una potente herramienta para describir procesos en sistemas cuánticos de muchos cuerpos. Las cuasipartículas surgen como resultado de la fragmentación, y son muy prometedoras para la computación cuántica tolerante a errores. La presencia de esta exótica fase de la materia sigue siendo escasa y se limita principalmente a los estados Hall cuánticos, a pesar de que las predicciones indicaban que se darían también en imanes cuánticos frustrados. El proyecto FLATBANDS, financiado con fondos europeos, construirá un nuevo microscopio de gas de estroncio para estudiar los estados Hall cuánticos fraccionarios y los imanes altamente frustrados. Utilizará los átomos ultrafríos, otra herramienta potente para estudiar los sistemas cuánticos de muchos cuerpos. Al seguir dos rutas complementarias para estudiar sistemas de muchos cuerpos con gran correlación y el orden topológico, los resultados de la investigación de FLATBANDS afectarán de manera importante a la computación cuántica y a la física de la materia condensada.
Objetivo
"One spectacular phenomenon in quantum many-body systems is the emergence of non-local quasiparticles with fractional quantum numbers and anyonic statistics. Of fundamental interest, fractionalization also holds promise for fault-tolerant quantum computation motivating the search for such exotic phases of matter. Signatures of this phenomenon remain sparse and mostly restricted to fractional quantum Hall states, despite being predicted to also occur in other systems such as frustrated quantum magnets. An essential feature shared by both systems is the massive ground state degeneracy, or flat band, out of which fractionalization emerges. The underlying non-local topological order of such phases is an outstanding experimental challenge to detect with only local observables. Building on my experience to study ""hidden"" order in one dimensional systems, I will address the physics of strong correlations in two and three dimensional flatbands using ultracold atoms and the unique probes of atomic physics. I propose in FLATBANDS to build a novel strontium quantum gas microscope to study both fractional quantum Hall states and highly frustrated magnets. I will first rotate mesoscopic dilute Bose gases to mimic the behaviour of electrons in magnetic fields. Using observables down to individual particles, I will study density-density correlations in the lowest Landau level, providing signatures of emerging Laughlin-like states. On the same platform, I will measure spin correlations and detect fractionalization in highly frustrated magnets. Using atoms trapped in programmable tweezer arrays and excited in Rydberg states, I will engineer quantum spin-ice and directly observe the emergence of magnetic monopoles. By following two complementary routes to address strong correlations and topological order, FLATBANDS will open fascinating perspectives with impact in quantum information, quantum computation, and condensed matter physics."
Ámbito científico
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
20148 Hamburg
Alemania