Opis projektu
Innowacyjny symulator kwantowy pomoże naukowcom myśleć globalnie i działać lokalnie
Obserwowanie wyników doświadczeń ilustrujących przewidywania teoretyczne nie zawsze jest łatwe, ale taki schemat postępowania jest niezbędny do lepszego zrozumienia wszystkich rodzajów zjawisk. Kwantowe układy atomów schłodzonych do bardzo niskich temperatur, bliskich zeru bezwzględnemu, umożliwiły dokonanie wielu przełomowych odkryć i dają okazję do sprawdzania licznych teorii. Finansowany ze środków UE projekt UniRand ma doprowadzić do opracowania symulatora kwantowego o wysokiej wydajności, który będzie tworzył układy wielu ciał z pojedynczych schłodzonych atomów. Dzięki temu naukowcy będą mogli sprawdzać, w jaki sposób niewielkie zaburzenia pojedynczego stanu kwantowego przekładają się na wyniki czy też sygnały, które służą do zakodowania globalnych właściwości układu stanów kwantowych. Sukces w tym zakresie może przełożyć się na opracowanie nowych narzędzi do prowadzenia pomiarów kwantowych na poziomie układu i zapewnią połączenie między kwantową teorią informacji a doświadczalną nauką kwantową.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
80539 Munchen
Niemcy