Dynamik, Thermalisierung und Bewegung von Quantensystemen in komplexen Umgebungen

• Antragstellerin: Dr. Ines de Vega, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329368667

Quantensysteme sind in der Regel offen, das heist sie sind an eine Umgebung gekoppelt die Dekohöarenz und Dissipation verursacht.Die Theorie der offenen Quantensystemen (OQS) beruht oft auf der Annahme, dass sich die Zeit- skalen des Systems und der Umgebung stark unterscheiden, wodurch eine Markov- und/oder eine schwache-Kopplung-Approximation möglich wird. Ausserdem wird die Umgebung häufig durch har- monischen Oszillatoren beschrieben, damit das System zum Beispiel durch Spin-Boson oder Caldeira- Legget Hamiltons werden kann. Sollte die Umgebung ein Festkörper oder ein Ensemble an Teilchen sein, wird zusätzlich häufig angenommen, dass sich die Teilchen nicht bewegen.Das Ziel dieses Projektes ist es, OQSs über diese drei Annahmen hinaus zu verstehen. Das bedeutet im Speziellen: (a) Als erstes untersuchen wir die Dynamik offener Systeme gekoppelt an eine Umgebung aus harmonische Oszillatoren im Grenzfall grosser Zeiten ohne die Markov-Approximation. Dies ist relevant um OQS im Bereich der Festkörperphysik, Quantenkontrolle, Quantenbiologie, chemischen Physik und der Quantenoptik in strukturierten Umgebungen zu beschreiben.(b) Im nächsten Schritt modellieren wir die Umgebung durch anharmonische Oszillatoren. Diese Modelle können zur Beschreibung von phononischen Bädern benutzt werden, die zum Beispiel aus wechselwirkenden Quantengasen, Quantenmaterialien oder aus vibrierenden Molekülen mit Phonon- Phonon-Wechselwirkung bestehen können.(c) Im dritten Teil analysieren wir im Rahmen der Wechselwirkung von Licht und Materie die Eigenschaften eines Quantenlichtfelds, das sich in einem fahrenden quantenmechanischen Medium ausbreitet. Dies kann beobachtet werden, wenn atomare Ensembles durch einen Hohlraum fliegen oder bei einigen Experimenten mit Atomlasern. In diesem Fall würde das atomare Medium die Rolle einer Umgebung für das Quantenlichtfeld einnehmen, das selber als OQS aufgefasst wird. Die Analyse der Wechselwirkung von Licht mit solchen Medien kann helfen wichtige Anwendungen in der Quantenoptik wie zum Beispiel optische Isolierungen und einseitig gerichteten Lichttransport zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Mari Carmen Bañuls; Professor Dr. Ulrich Schollwöck; Professor Dr. Herbert Spohn
• Kooperationspartner: Dr. Jad Halimeh