Quantensimulatoren für stark wechselwirkende Feldtheorien (speziell Yang-Mills-Felder)

• Applicant: Professor Dr. Rüdiger Schmidt, since 4/2008 (†)
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics
• Term: from 2006 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 28894814

In vielen Gebieten der Physik besteht die größte Schwierigkeit in unserem ungenügenden Verständnis von stark wechselwirkenden Quantenfeldtheorien (allgemein: Quantensystemen mit vielen Freiheitsgraden). Diese Systeme sind nur sehr begrenzt analytisch handhabbar und numerische Verfahren (wie z.B. Gitter-QCD) erfordern einen mit der Systemgröße exponentiell anwachsenden Aufwand, da die Anzahl der Quantenzustände derart stark ansteigt.Dieser exponentiell steigende Aufwand trifft jedoch nur auf klassische Computer zu - Quantencomputer würden für diese Simulationen deutlich weniger (d.h. polynomial steigende) Ressourcen benötigen, da sie direkt im quantenmechanischen Zustandsraum operieren. Leider sind universelle Quantencomputer in der benötigten Größe zur Zeit (und voraussichtlich auch in naher Zukunft) nicht verfügbar. Daher stellen Quantensimulatoren eine interessante Alternative dar: Dies sind speziell konstruierte Quantensysteme im Labor, deren Dynamik (d.h. Hamilton-Operator) in guter Näherung denselben Bewegungsgleichungen wie die zu simulierende stark wechselwirkenden Quantenfeldtheorie unterliegt.Im vorliegenden Projekt sollen die Möglichkeiten und Anforderungen für die Konstruktion von derartigen Quantensimulatoren für stark wechselwirkende Quantenfeldtheorien untersucht werden. Ausgehend von einfachen Modellsystemen (z.B. (T-Modell), soll dabei die Simulation von Yang-Mills-Feldern verschiedener Komplexität [z.B. SU (2) bzw. SO(3) statt SU (3) in 3+1 oder weniger Dimensionen] angestrebt werden. Nach der Erarbeitung von realistischen Szenarios für eine experimentelle Realisierung dieser Quantensimulatoren erfordert dies eine Abschätzung der zu erwartenden Störungen (z.B. Dekohärenz).

• DFG Programme: Research Grants
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Ralf Schützhold, until 4/2008