Niet adiabatische dynamica in interagerende kwantum veeldeeltjessystemen

Energiedissipatie, gaande van de warmte geproduceerd door een benzinemotor of de decoherentie van een qubit, is te wijten aan een gebrek aan controle over de microscopische vrijheidsgraden van het systeem. Sinds de beginjaren van de thermodynamica werden adiabatische processen aangehaald als een universele manier om zulke verliezen te compenseren, en dit heeft geleid tot het concept van "Carnot efficiëntie". Ondanks het fundamentele belang van dit centrale concept, zijn de pratische implicaties ervan gering aangezien maximale efficiëntie gewoonlijk gepaard gaat met minimaal vermogen. Gelijkaardige problemen treden op in het schijnbaar verschillende probleem van adiabatische kwantumcomputatie en –simulatie. Het idee hierbij is om een gewenste kwantumtoestand te prepareren door te beginnen van een toestand die gemakkelijk te maken is, en dan een controleparameter langzaam aan te schakelen in de hoop het systeem niet te exciteren. Zoals in thermodynamische machines, werkt dit idee in de adiabatische limiet wanneer de snelheid van het inschakelen infinitesimaal klein is. In realistische experimenten leidt de eindige inschakeltijd echter altijd tot opwarming. In dit project onderzoeken we niet-evenwichtsfenomenen in veeldeeltjes-kwantumsystemen. In het bijzonder willen we niet-adiabatische protocollen ontwikkelen die tot hetzelfde resultaat leiden als een volledig adiabatische werkwijze maar in een eindige tijd. Hiervoor bouwen we op het idee van transitieloze aandrijving. Om dit voor veeldeeltjes-kwantumsystemen te ontwikkelen combineren we de theoretische voorstellen met cutting-edge numerieke methodes zoals t-DMRG, faseruimtemethodes en machine-learning technieken.

Trefwoorden:KWANTUMTHERMODYNAMICA

Disciplines:Toegepaste wiskunde, Astronomie en ruimtewetenschappen, Klassieke fysica, Materiaalfysica, Mathematische fysica, Kwantumfysica

Project type:Samenwerkingsproject