Projektbeschreibung
Quantenschaltungen mit ultrakalten neutralen Atomen
Seit im Jahre 1800 die erste Batterie erfunden wurde, hat die Nutzung des Elektronenflusses Innovationen mit unschätzbaren Auswirkungen auf die Gesellschaft angekurbelt. In jüngerer Vergangenheit verspricht die Aussicht, neutrale Ströme ultrakalter Atome ohne Verlustleistung statt geladener Elektronen nutzen zu können, analoge, aber gleichzeitig sich gegenseitig ergänzende Fortschritte in den Quantentechnologien. Diese atomtronischen Schaltungen würden nicht nur rasante Fortschritte im Bereich der Vielteilchenphysik möglich machen, sondern auch der Umsetzung zahlreicher hochpräziser Quantengeräte den Weg ebnen, wie zum Beispiel Quantentransistoren und -sensoren sowie Quanteninformationssystemen. Das EU-finanzierte Projekt FLAC modelliert das dynamische Verhalten atomtronischer Schaltungen, um die Einblicke bereitzustellen, die für die Gestaltung und Entwicklung atomtronischer Schaltungen der nächsten Generation notwendig sind.
Ziel
Ultracold quantum gases provide a unique highly-controllable platform to test fundamental aspects of quantum mechanics and to engineer novel quantum technologies and sensing devices. Recently, an emerging subfield called “atomtronics” is attracting increasing interest. Atomtronics aims to study neutral atomic circuits in optical and magnetic traps, in a manner analogous, but complementary, to electronic circuits.
This proposal focusses on two key aspects in such systems, namely on modelling the dynamics in ring-trap geometries – which benefit from the topological protection of (neutral) atomic currents – and characterizing the dynamical emergence and transfer of coherence in analogue neutral-atomic transistors. The novel feature of this project is the inclusion of experimentally-relevant fluctuations via appropriate state-of-the-art modelling schemes (namely the stochastic Gross-Pitaevskii and the Zaremba-Nikuni-Griffin model) which fully include coupling of coherent and incoherent modes and associated fluctuations, made possible through high-performance computing simulations.
The specific end-goal is to provide an in-depth characterisation of the dynamics of coherence in such circuits, thus both addressing open questions in the literature and identifying from the theoretical perspective the optimal specifications and parameter regimes which experimentalists could use to create an advanced atomic sensing device (atomic analogue of the superconducting quantum-interference device) and an atomic ring-based transistor. The proposed research has strong connections with existing experimental implementations, including the existing/planned setups at FORTH (Crete) [von Klitzing's group] and LKB (Paris) [Beugnon/Dalibard group], where the applicant will perform targeted secondments with the aim of becoming more familiar with experimental issues and devising potential strategies, thus contributing to potential future implementations of such devices.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordinator
NE1 7RU Newcastle Upon Tyne
Vereinigtes Königreich