Opis projektu
Twierdzenie Lee-Yanga rozszerza się na dziedzinę kwantową w celu opisania kwantowych układów wielociałowych
Teoria Lee-Yanga przedstawia opis przemian fazowych i właściwości analitycznych funkcji termodynamicznych w oparciu o rozkład zer sumy statystycznej. Zera Lee-Yanga nie są już tylko pojęciem teoretycznym – zostały one niedawno określone na podstawie pomiarów zmiennych obserwowalnych, oferując zupełnie nowe spojrzenie na przemiany fazowe we wzajemnie oddziałujących układach wielociałowych. Finansowany ze środków UE projekt QuLeeYang rozszerzy teorię Lee-Yanga poza klasyczne układy równowagi. Jego zespół sformułuje ujednolicającą teorię przemian fazowych we wzajemnie oddziałujących kwantowych układach wielociałowych z perspektywy zer Lee-Yanga i wykorzysta skonstruowane urządzenia kwantowe do testowania prognoz dotyczących przemian fazowych. Wyniki projektu będą miały istotny wpływ na przetwarzanie informacji kwantowych i termodynamikę kwantową.
Cel
Over the last years, investigations of Lee-Yang zeros – complex zeros of the partition function for systems of finite size – have become an indispensable theoretical tool in equilibrium statistical physics with diverse applications, ranging from protein folding and percolation to complex networks and magnetism. In the thermodynamic limit, the Lee-Yang zeros approach the real value of the control parameter for which a phase transition occurs. Despite these developments, surprisingly little attention has so far been devoted to applications of Lee-Yang theory beyond classical equilibrium systems. One reason may be that Lee-Yang zeros (being complex values of physical quantities) for years were seen as a purely theoretical concept with little relevance to experiments. However, this view has recently been contested by several experiments, in which Lee-Yang zeros have been determined. A novel cumulant method allows for the determination of Lee-Yang zeros from measurements of fluctuating observables, thus offering a completely new perspective on phase transitions in interacting many-body systems. Here, building on this cumulant method, I propose to formulate a unifying theory of phase transitions in interacting quantum many-body systems, including space-time, dynamical, and quantum phase transitions, from the perspective of Lee-Yang zeros. I will connect this theoretical framework to large-deviation statistics, fluctuation relations, and many-body entanglement in non-classical systems. Furthermore, I will devise experimental schemes to test my predictions and, in particular, investigate quantum phase transitions in engineered quantum devices. Fulfilling these objectives will expand the field far beyond its current state-of-the-art and potentially result in major scientific breakthroughs with important implications for other research fields, such as quantum information processing and quantum thermodynamics.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordynator
02150 Espoo
Finlandia