Opis projektu
Dynamika kwazicząstek widziana pod mikroskopem
Koncepcja kwazicząstek jest potężnym narzędziem, dzięki któremu możliwe jest opisanie procesów w układach kwantowych opartych na wielu ciałach. Kwazicząstki powstające w wyniku frakcjonalizacji przedstawiają się bardzo obiecująco w kontekście odpornych na błędy komputerów kwantowych. Sygnatury tych egzotycznych faz materii pozostają rozproszone i większości ograniczają się do frakcyjnych stanów kwantowych Halla, choć przewiduje się, że występują również w sfrustrowanych magnesach kwantowych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu FLATBANDS powstanie nowy mikroskop wykorzystujący gaz kwantowy (stront) do badania zarówno frakcyjnych stanów kwantowych Halla, jak i sfrustrowanych magnesów kwantowych. Badacze wykorzystają ultrazimne atomy będące potężnym narzędziem do badania układów kwantowych opartych na wielu ciałach. Stosując dwa uzupełniające się podejścia do badania silnie skorelowanych układów opartych na wielu ciałach i porządku topologicznego twórcy projektu FLATBANDS wywrą istotny wpływ na technologię komputera kwantowego i fizykę materii skondensowanej.
Cel
"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."
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
20148 Hamburg
Niemcy