Dekohärenz und Relaxation in Quantenspinclustern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Kristel Michielsen; Professor Dr. Jürgen Schnack
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355031190

Das zentrale Ziel besteht darin, interne Dekohärenz inMehrteilchensystemen unter unitärer Zeitentwicklung zuuntersuchen. Dekohärenz bezieht sich dabei auf einTeilsystem.AG Schnack: Wir sind an Fälleninteressiert, bei denen interne Dekohärenz reduziert ist, so wiedies z.B. bei Relaxation und Thermalisierung unterVielteilchenlokalisierung der Fall ist. Wir wollen dieAuswirkung von Erhaltungsgrößen sowie die Möglichkeit, Deköhärenzdurch Verwendung toroidaler Momente zu reduzieren und denEinfluss spezieller externer Antriebe zur Refokussierung desSpinsystems studieren. Zusätzlich wollen wir die untersuchtenSysteme um solche mit Spin-Phonon-Wechselwirkung erweitern.AG Michielsen: Quantenmanipulation ist nicht längerein Traum, sondern schon verfügbar. Als eine paradigmatische Anwendungwollen wir die Berechnung der Grundzustandsenergie desHubbard-Modells auf einem Quantenannealer untersuchen. Um denEinfluss dekohärierender Spins der Umgebung zu berücksichtigen,wird das Hubbardmodell in ein Bad von Spins eingebettet und dasGesamtsystem mit der Schödingergleichung zeitentwickelt.Die beiden Doktoranden sollen bei den numerischen Methoden sowie physikalischen Konzepten intensiv zusammenarbeiten. Ziel A: Angetriebene Dynamik zur Verbesserung der Kohärenz: Wir wollen untersuchen, wie periodische oder aperiodische Antriebe von System und/oder BadDokohärenz reduzieren können. Dabei soll der ``free-inductiondecay'' von Multispinsystemen unter Hahn-Echo- undverallgemeinerten Uhrig-Impulsen betrachtet werden.Ziel B: Dekohärenz und Relaxation von toroidalen Momenten: Analogzu ``clock transitions'' sollten Superpositionen von Zuständenmit ausgeprägten toroidalen Momenten robuster gegenübermagnetischen Störungen durch andere Spins oder fluktuierendeMagnetfelder sein.Ziel C: Dokohärenz in Spin-Phonon-Systemen: Wir können jetzt auch Systeme aus Spins und Phononen untersuchen, die verdünntemagnetische Systeme realistisch abbilden. Damit kann jetzt die sogenannteinterne Reibung an verbotenen Niveaukreuzungen, die durch diePhononen hervorgerufen werden, untersucht werden.Ziel D: Darstellung des Hubbard-Modells für Quantenannealer:Mittels einer Jordan-Wigner-Transformation kann dasHubbard-Modell als ein 2N-Qubit-Modell auf einer zweibeinigenLeiter formuliert werden. Qubits auf dem ersten Bein stellenspin-up-Fermionen dar, die anderen spin-down. Wir planen, dieGrundzustandsenergie des 18x1 und 3x6 Hubbard-Modells fürunterschiedliche Füllungen mit dem ``Massively Parallel Quantum SpinDynamics Simulator'' zu berechnen. Die Systemgröße entsprichteinem 36-Qubit-Modell.Ziel E: Untersuchung des Hubbard-Modells: Wir wollen den Einfluss von Umgebungstemperatursowie Unordnung auf den idealen Quantenannealing-Prozess untersuchen.Dazu simulieren wir den an ein Wärmebad gekoppelten Annealerzusammen mit dem Bad mittels der zeitabhängigen Schrödingergleichung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2692: Fundamental Aspects of Statistical Mechanics and the Emergence of Thermodynamics in Non-Equilibrium Systems
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Robin Steinigeweg