Descrizione del progetto
L’indagine sui sistemi a molti corpi interagenti è lontana dall’equilibrio termico
Il concetto di equilibrio termodinamico è fondamentale per una moderna comprensione dei sistemi a molti corpi interagenti. Tuttavia i sistemi quantistici isolati dall’ambiente mettono in dubbio le conoscenze accademiche perché non riescono a raggiungere l’equilibrio termico e a mantenere la memoria della loro condizione iniziale negli osservabili locali per un tempo infinito. Questo fenomeno dinamico che si verifica in sistemi quantistici isolati a molti corpi è noto come localizzazione a molti corpi. Il progetto MBL-Fermions, finanziato dall’UE, è volto a migliorare la comprensione di tale fenomeno. Esso prevede di studiare la localizzazione a molti corpi in reticoli inclinati, caratterizzare le proprietà di localizzazione utilizzando fluttuazioni bipartite e utilizzare un simulatore quantistico con più di 100 siti di reticolo per promuovere le teorie sui sistemi a molti corpi interagenti.
Obiettivo
The question of how an isolated quantum mechanical system thermalizes is not only significant in condensed matter physics, but it also invokes the intriguing problem of the apparent loss of information in a complex system as it thermalizes. A curious case is when a complex system fails to thermalize altogether -- a phenomenon known as many-body localization (MBL). Here, we propose to use interacting ultracold fermions in a lattice to experimentally study the distinctive properties of MBL using a novel set of observables.
Among the questions in MBL debated intensely today are those concerning the existence of a many-body mobility edge, many-body intermediate phase and localization in higher dimensional lattice systems. Moreover, the striking relation between non-ergodicity and Hilbert space fragmentation is also not fully understood.
In this view, our research objectives include:
[1.] Stark many-body localization and Hilbert space fragmentation. We plan to study MBL in a tilted lattice, i.e. a Stark Hamiltonian and study non-ergodicity resulting from Hilbert space fragmentation.
[2.] Bipartite fluctuations in an MBL system of >100 lattice sites: We propose to characterize the localization properties using bipartite fluctuations which is a proxy for the Entanglement entropy of a 1D lattice.
[3.] Approximate theories for fermionic MBL systems: Due to the exponential Hilbert space dimension of an interacting many-body system, studying their properties numerically is also exponentially hard. We plan to use a quantum simulator with >100 lattice sites develop efficient approximate theories to describe these systems.
The aforementioned projects are easily accessible to the current experimental capability and they will enhance our general understanding of MBL physics. Moreover, they also include a step towards developing ultracold atoms in a lattice into a quantum simulator, capable of solving hard problems.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- scienze naturaliscienze fisichefisica della materia condensata
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