Erst-Detektionsprobleme in der Quantenphysik

• Antragsteller: Dr. Felix Thiel
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329823323

"Wie viel Zeit benötigt ein Teilchen, um sein Ziel zu erreichen?" Mit dieser Frage werden schon Gymnasiasten im Physikunterricht konfrontiert. Als "First-passage Problem" wurde es in der Theorie der Diffusion behandelt und bildet eine theoretische Grundlage für viele Anwendungen wie z.B. chemische Reaktionen. Bewegt sich das Teilchen nicht klassisch, sondern nach den Gesetzen der Quantenmechanik, ist die Frage schlecht gestellt. Denn um die Position des Teilchen zu ermitteln muss gemessen werden, was das Teilchen beeinflusst. Eine andauernde Beobachtung, wie bei diffundierenden Teilchen unter dem Mikroskop, ist nicht ohne Weiteres möglich. Dem kann Abhilfe geschaffen werden, indem man sich auf die zeitliche Abfolge der Messungen, den Messplan, festlegt. Nun ist klar, wie und wann die Messung mit dem Quantensystem wechselwirkt und man kann fragen, nach dem wievielten Messversuch das Teilchen im Ziel gefunden wird. Dieses Projekt widmet sich genau dieser Frage mithilfe der Technik der generierenden Funktion, populär aus der klassischen First-Passage Theorie. Die Eigenschaften des ersten Detektionszeitpunktes sollen gefunden werden und denen der ersten Ankunftszeit gegenübergestellt werden. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen beiden sollen herausgearbeitet werden. Auf diese Art und Weise können wir in Zukunft besser das Zusammenspiel zwischen Messung und Quantensystem verstehen, was grundlegend für z.B. die Konstruktion von Quantencomputern ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Israel
• Gastgeber: Professor Eli Barkai, Ph.D.