Neue Perspektiven in Stark Gekoppelten Systeme: Vorbereitung auf Quantensimulatoren.

• Antragsteller: Dr. Debasish Banerjee
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392051989

Eine auf Grundprinzipien beruhende Studie der stoerungstheoretisch 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 leistungsmaessig deutlich uebertreffen. Beispiele existieren bereits in der Festkörperphysik, und werden zunehmend für Teilchenphysikanwendungen entwickelt. Ziel dieses interdisziplinaeren Projekts ist, einige Quantensimulatoren fuer QCD-bezogene Physik vorzuschlagen. Spezielle Gittereichtheorien, sogenannte "Quanten Link Modelle",sind ideal in optischen Gittern zu realizieren. Unsere Forschung wird sich auf die Quantensimulation dieser Modelle konzentrieren, sowie auf die Entwicklung neuer klassischer simulationsmethoden fuer das Benchmarking der Quantensimulatoren, insbesondere fuer die statischen Eigenschaften der Modelle. Das Studium der dynamischen Eigenschaften, wie Real-Time Evolution, kann dann mit Quantensimulatorenundersucht werden. Diese Modelle sind in den Laboratorien nur näherungsweise realisiert. Die zu entwickelenden klassischen Algorithmen sollen dies mit einbeziehen. Inbesondere wird dieses Projekt untersuchen, in welchem Umfang Kontinuumsfeldtheorien durch Quanten Link Modelle dargestellt werden können. Dies hat entscheidenden Einfluss auf den Forschritt von Quantensimulatoren fuer Kontinuumseichtheorien. Darüber hinaus können die gleichen klassichen Simulationalgorithmen einige Aspekte von konformen Feldtheorien in Dimensionen d > 2 angehen. Dies kann zur unabhängigen ueberpruefungneuer numerischer und analytischer Methoden (wie der Conformal Bootstrap) genutzt werden. Das exzellente wissenschaftliche Umfeld an der Humboldt-Universitaet, dem DESY-Zeuthen und enge Verbindungen mit Atomphysikern an der Universitaet Innsbruck werden zum Erfolg des vorgeschlagenen Projekts beitragen. Es wird einen entscheidenden Einfluss auf die zuvor erwaehnten Felder ausüben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen