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Taming Non-Equilibrium Quantum Matter

Description du projet

Faire la lumière sur la dynamique quantique hors équilibre

Lorsqu’elles se trouvent hors équilibre, les propriétés d’un système quantique changent et peuvent conduire à de nouveaux états de la matière. Dans cette perspective, le projet TANQ, financé par l’UE, cherche à développer une compréhension théorique fondamentale de la dynamique hors équilibre et des états propres hautement excités dans les systèmes quantiques à plusieurs corps. Adoptant une approche multidisciplinaire, il étudiera les mécanismes fondamentaux de la rupture ergodique et établira des classes d’universalité de la dynamique quantique. Des méthodes de renormalisation et de réseautage des tenseurs basées sur l’intrication quantique et capables de surmonter la croissance exponentielle de l’espace de Hilbert à plusieurs corps seront également développées, en plus des approches de manipulation de la matière quantique et de réalisation de nouvelles phases de non-équilibre. Le projet aboutira à un cadre théorique universel de la dynamique quantique hors équilibre.

Objectif

Recent experimental breakthroughs led to realization of tunable, synthetic quantum systems that allow one to probe and manipulate highly non-equilibrium quantum matter. Driving a system ouf-of-equilibrium changes its properties in unexpected ways, opening opportunities for realizing new states of matter. The central goal of this project is to develop a fundamental theoretical understanding of non-equilibrium dynamics and highly excited eigenstates in quantum many-body systems. The conventional wisdom tells that a non-equilibrium system thermalizes, and can then be described by statistical-mechanics. However, recent breakthroughs revealed an experimentally relevant class of systems, the prime example being disordered, many-body localized (MBL) systems, which defy this wisdom, avoiding thermalization. Ergodicity-breaking systems open new avenues for protecting quantum coherence, and for realizing new non-equilibrium phases of matter. We will study the fundamental mechanisms of ergodicity breaking using a multi-disciplinary approach, which builds on techniques from quantum information, condensed matter physics, quantum optics and mathematical physics. We aim to establish universality classes of quantum dynamics, by studying disordered systems with symmetries, and by characterizing entirely new mechanisms of ergodicity breaking, such as quantum many-body scars. In order to overcome the exponential growth of the many-body Hilbert space, new efficient renormalization and tensor-network methods based on quantum entanglement will be developed. Finally, approaches for manipulating quantum matter and realizing new non-equilibrium phases in ongoing experiments will be developed.
The completion of this project will lead to a universal theoretical framework for non-equilibrium quantum dynamics, complementing statistical-mechanics in ergodic systems. Such a framework will enable engineering quantum-coherent many-body states with novel properties and functionalities.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Ce projet n'a pas encore été classé par EuroSciVoc.
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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2019-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
Contribution nette de l'UE
€ 1 022 335,34
Adresse
BATIMENT CE 3316 STATION 1
1015 Lausanne
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Région lémanique Vaud
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 022 335,34

Bénéficiaires (2)