Description du projet
Un nouveau simulateur quantique aide les scientifiques à penser globalement tout en agissant localement
Il n’est pas toujours facile d’observer les concrétisations expérimentales des prédictions théoriques, mais ce cycle est essentiel pour améliorer notre compréhension de tous types de phénomènes. Dans le domaine de la physique quantique, les systèmes d’atomes ultra-froids à des températures proches du zéro absolu ont permis de nombreuses percées et offert de nombreuses opportunités de tester les prédictions. Le projet UniRand, financé par l’UE, développe un simulateur quantique haute performance qui crée des systèmes multicorps à partir d’atomes froids individuels. Il permettra aux scientifiques d’étudier expérimentalement la manière dont de petites perturbations d’un seul état quantique peuvent provoquer des résultats ou des signaux qui codent les propriétés globales des états quantiques du système. Le succès de cette initiative pourrait donner naissance à une nouvelle boîte à outils pour les mesures quantiques au niveau des systèmes et établir un lien entre la théorie de l’information quantique et la science quantique expérimentale.
Objectif
Quantum information theory points to new ways of classifying matter. Instead of focusing on microscopic correlation functions, it hinges on global properties of quantum states such as the presence and scaling of entanglement entropy. This general strategy relates systems of vastly different scales, for example black hole physics to information propagation in microscopic quantum systems.
UniRand will realize a new, widely applicable approach to measuring global quantum state properties using ultracold atoms. At the heart of the protocol are random unitary transformations, which are applied to a quantum state before measurement. The fluctuating outcomes of measurements under random transformations encode global properties of the density matrix, including Renyi entropies and state overlaps. We are specifically interested in systems of mobile particles in optical lattices.
Random unitary protocols will give access to new physics: (1) The dynamics of information scrambling as quantified by out-of-time-order correlators and (2) the order parameter-independent characterization of quantum phase transitions through measurements of fidelity. We will probe both aspects in one-and two-dimensional bosonic Hubbard systems. Our approach will be realized on a new, high-performance quantum simulator that assembles many-body systems from individually laser-cooled atoms with a high repetition rate.
Protocols based on random unitaries in ultracold atom systems will open a new toolbox for system-level measurement and enable direct links between quantum information theory and experimental quantum science.
Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2020-STG
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ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
80539 Munchen
Allemagne