NAQUAS: Non-equilibrium dynamics in Atomic systems for QUAntum Simulation

NAQUAS:用于量子模拟的原子系统中的非平衡动力学

基本信息

  • 批准号:
    EP/R043434/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Recent progress in various areas of physics has demonstrated our ability to control quantum effects in customized systems and materials, thus paving the way for a promising future for quantum technologies. The emergence of such quantum devices, however, requires one to understand fundamental problems in non-equilibrium statistical physics, which can pave the way towards full control of quantum systems, thus reinforcing new applications and providing innovative perspectives. This project is dedicated to the study and the control of out-of-equilibrium properties of quantum many-body systems which are driven across phase transitions. Among several approaches, it will mainly focus on slow quenches and draw on the understanding delivered by the Kibble-Zurek (KZ) mechanism. This rather simple paradigm connects equilibrium with out-of-equilibrium properties and constitutes a benchmark for scaling hypothesis. It could pave the way towards tackling relevant open questions, which lie at the heart of our understanding of out-of-equilibrium dynamics and are key issues for operating in a robust way any quantum simulator. Starting from this motivation, we will test the limits of validity of the KZ dynamics by analyzing its predictions, thus clarifying its predictive power, and extend this paradigm to quantum critical systems with long-range interactions and to topological phase transitions. We will combine innovative theoretical ideas of condensed-matter physics, quantum optics, statistical physics and quantum information, with advanced experiments with ultracold atomic quantum gases. Quantum gases are a unique platform for providing model systems with the level of flexibility and control necessary for our ambitious goal. Their cleanness and their robustness to decoherence will greatly enhance the efficient interplay between theory and experiments, and provide a platform of studies whose outcomes are expected to have a strong scientific impact over a wide range of disciplines. On the short time scale we will exploit this knowledge to develop viable protocols for quantum simulators. In general, we expect that the results of this project will lay the ground for the development of the next generation of quantum devices and simulators.
物理学各个领域的最新进展表明,我们有能力在定制系统和材料中控制量子效应,从而为量子技术的美好未来铺平了道路。然而,这种量子设备的出现需要人们理解非平衡统计物理中的基本问题,这可以为完全控制量子系统铺平道路,从而加强新的应用并提供创新的视角。本课题致力于跨相变驱动的量子多体系统的非平衡特性的研究和控制。在几种方法中,它将主要关注慢淬火,并借鉴Kibble-Zurek (KZ)机制所提供的理解。这个相当简单的范例将平衡与非平衡性质联系起来,并构成了标度假设的基准。它可以为解决相关开放问题铺平道路,这些问题是我们理解非平衡动力学的核心,也是任何量子模拟器以稳健方式运行的关键问题。从这一动机出发,我们将通过分析其预测来测试KZ动力学的有效性极限,从而阐明其预测能力,并将该范式扩展到具有远程相互作用的量子临界系统和拓扑相变。我们将把凝聚态物理、量子光学、统计物理和量子信息的创新理论思想与超冷原子量子气体的先进实验相结合。量子气体是一个独特的平台,可以为模型系统提供灵活性和控制水平,以实现我们雄心勃勃的目标。它们的干净性和对退相干的鲁棒性将极大地提高理论和实验之间的有效相互作用,并提供一个研究平台,其结果有望在广泛的学科领域产生强大的科学影响。在短期内,我们将利用这些知识为量子模拟器开发可行的协议。总的来说,我们期望这个项目的结果将为下一代量子器件和模拟器的发展奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Crossover in the dynamical critical exponent of a quenched two-dimensional Bose gas
淬火二维玻色气体的动力学临界指数的交叉
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.3.013212
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Groszek A
  • 通讯作者:
    Groszek A
Quench dynamics of an ultracold two-dimensional Bose gas
超冷二维玻色气体的淬灭动力学
  • DOI:
    10.1103/physreva.100.033618
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Comaron P
  • 通讯作者:
    Comaron P
Roadmap on Atomtronics: State of the art and perspective
  • DOI:
    10.1116/5.0026178
  • 发表时间:
    2021-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Amico, L.;Boshier, M.;Yakimenko, A.
  • 通讯作者:
    Yakimenko, A.
Persistent current oscillations in a double-ring quantum gas
双环量子气体中的持续电流振荡
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.4.043171
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Bland, T.;Yatsuta, I. V.;Edwards, M.;Nikolaieva, Y. O.;Oliinyk, A. O.;Yakimenko, A. I.;Proukakis, N. P.
  • 通讯作者:
    Proukakis, N. P.
Periodic quenches across the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless phase transition
Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 相变中的周期性猝灭
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.3.013097
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Brown K
  • 通讯作者:
    Brown K
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  • 资助金额:
    $ 19.85万
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