DFG-Eigene Stelle: Neue Perspektiven in stark gekoppelten Systemen: Vorbereitung auf Quantensimulatoren


Eine auf Grundprinzipien beruhende Studie der störungstheoretisch nicht erfassbaren Physik stark gekoppelter Systeme ist ein besonders herausfordernder und wichtiger Forschungsbereich. Eine solche Studie hat Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Physik, von sogenannter neuer Physik jenseits des Standardmodells der Elementarteilchen bis hin zur Quantenchromodynamik (QCD), sogar auf astrophysikalische Objekte wie Neutronensterne. Die Entwicklung neuer Algorithmen, die auf dem besseren Verständnis des Systems basieren, hilft bei der verbesserten Anwendbarkeit von Monte-Carlo-Methoden. Dennoch sind viele interessante Probleme nicht durch vorhandene numerische Methoden zu erschließen, so dass die Entwicklung neuer Methoden erforderlich ist. Die vorhandenen Methoden spielen gleichwohl eine wichtige Rolle beim Testen der neuen Methoden. Eine neue Methode ist die Quantensimulation, die sich in den letzten zwei Jahrzehnten stark entwickelt hat. Quantensimulatoren sind anwendungsspezifische Quantencomputer, die spezielle physikalische Systeme emulieren und ihre klassischen Pendants leistungsmäßig deutlich übertreffen. Beispiele existieren bereits in der Festkörperphysik, und werden zunehmend für Teilchenphysikanwendungen entwickelt. Ziel dieses interdisziplinären Projekts ist, einige Quantensimulatoren für QCD-bezogene Physik vorzuschlagen. Spezielle Gittereichtheorien, sogenannte "Quanten-Link-Modelle", sind ideal in optischen Gittern zu realisieren. Unsere Forschung wird sich auf die Quantensimulation dieser Modelle konzentrieren, sowie auf die Entwicklung neuer klassischer Simulationsmethoden für das Benchmarking der Quantensimulatoren, insbesondere für die statischen Eigenschaften der Modelle. Das Studium der dynamischen Eigenschaften, wie Real-Time Evolution, kann dann mit Quantensimulatoren untersucht werden. Diese Modelle sind in den Laboratorien nur näherungsweise realisiert. Die zu entwickelnden klassischen Algorithmen sollen dies mit einbeziehen. Insbesondere wird dieses Projekt untersuchen, in welchem Umfang Kontinuumsfeldtheorien durch Quanten Link Modelle dargestellt werden können. Dies hat entscheidenden Einfluss auf den Fortschritt von Quantensimulatoren für Kontinuumseichtheorien. Darüber hinaus können die gleichen klassischen Simulationsalgorithmen einige Aspekte von konformen Feldtheorien in Dimensionen d > 2 angehen. Dies kann zur unabhängigen Überprüfung neuer numerischer und analytischer Methoden (wie der Conformal Bootstrap) genutzt werden. Das exzellente wissenschaftliche Umfeld an der Humboldt-Universität, dem DESY Zeuthen und enge Verbindungen mit Atomphysiker*innen an der Universität Innsbruck werden zum Erfolg des vorgeschlagenen Projekts beitragen. Es wird einen entscheidenden Einfluss auf die zuvor erwähnten Felder ausüben.
Eine auf Grundprinzipien beruhende Studie der störungstheoretisch nicht erfassbaren Physik stark gekoppelter Systeme ist ein besonders herausfordernder und wichtiger Forschungsbereich. Eine solche Studie hat Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Physik, von sogenannter neuer Physik jenseits des Standardmodells der Elementarteilchen bis hin zur Quantenchromodynamik (QCD), sogar auf astrophysikalische Objekte wie Neutronensterne. Die Entwicklung neuer Algorithmen, die auf dem besseren Verständnis des Systems basieren, hilft bei der verbesserten Anwendbarkeit von Monte-Carlo-Methoden. Dennoch sind viele interessante Probleme nicht durch vorhandene numerische Methoden zu erschließen, so dass die Entwicklung neuer Methoden erforderlich ist. Die vorhandenen Methoden spielen gleichwohl eine wichtige Rolle beim Testen der neuen Methoden. Eine neue Methode ist die Quantensimulation, die sich in den letzten zwei Jahrzehnten stark entwickelt hat. Quantensimulatoren sind anwendungsspezifische Quantencomputer, die spezielle physikalische Systeme emulieren und ihre klassischen Pendants leistungsmäßig deutlich übertreffen. Beispiele existieren bereits in der Festkörperphysik, und werden zunehmend für Teilchenphysikanwendungen entwickelt. Ziel dieses interdisziplinären Projekts ist, einige Quantensimulatoren für QCD-bezogene Physik vorzuschlagen. Spezielle Gittereichtheorien, sogenannte "Quanten-Link-Modelle", sind ideal in optischen Gittern zu realisieren. Unsere Forschung wird sich auf die Quantensimulation dieser Modelle konzentrieren, sowie auf die Entwicklung neuer klassischer Simulationsmethoden für das Benchmarking der Quantensimulatoren, insbesondere für die statischen Eigenschaften der Modelle. Das Studium der dynamischen Eigenschaften, wie Real-Time Evolution, kann dann mit Quantensimulatoren untersucht werden. Diese Modelle sind in den Laboratorien nur näherungsweise realisiert. Die zu entwickelnden klassischen Algorithmen sollen dies mit einbeziehen. Insbesondere wird dieses Projekt untersuchen, in welchem Umfang Kontinuumsfeldtheorien durch Quanten Link Modelle dargestellt werden können. Dies hat entscheidenden Einfluss auf den Fortschritt von Quantensimulatoren für Kontinuumseichtheorien. Darüber hinaus können die gleichen klassischen Simulationsalgorithmen einige Aspekte von konformen Feldtheorien in Dimensionen d > 2 angehen. Dies kann zur unabhängigen Überprüfung neuer numerischer und analytischer Methoden (wie der Conformal Bootstrap) genutzt werden. Das exzellente wissenschaftliche Umfeld an der Humboldt-Universität, dem DESY Zeuthen und enge Verbindungen mit Atomphysiker*innen an der Universität Innsbruck werden zum Erfolg des vorgeschlagenen Projekts beitragen. Es wird einen entscheidenden Einfluss auf die zuvor erwähnten Felder ausüben.


Projektleitung
Banerjee, Debasish Dr. (Details) (Theoretische Physik (Quantenfeldtheorie jenseits des Standardmodells und Stringtheorie))
Patella, Agostino Prof. Dr. (Details) (Theoretische Teilchenphysik - Gitterfeldtheorie (S))

Laufzeit
Projektstart: 08/2018
Projektende: 11/2020

Forschungsbereiche
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder

Forschungsfelder
Quantenfeldtheorie und Mathematische Physik

Zuletzt aktualisiert 2022-19-11 um 04:05