Topologische Quantensynchronisation: Integration nichtlinearer Dynamik und topologischer Phasen unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen

• Antragsteller: Dr. Christopher Wächtler
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496502542

Wenn Systeme an externe Reservoirs gekoppelt sind, kann dies zu einer Vielzahl von Phänomenen führen, welche in geschlossenen Systemen nicht zu beobachten sind. Ein Beispiel hierfür ist Synchronisation, was die Angleichung von Rhythmen aufgrund von (sogar inhomogenen) Wechselwirkungen beschreibt und ein Merkmal kollektiven Verhaltens im Nichtgleichgewicht darstellt. Erst kürzlich hat sich dieses in der Natur allgegenwärtige Phänomen als ein Forschungsfeld im Quantenregime etabliert mit dem Ziel Korrelationen zu verstehen und mit Anwendungen für Quantennetzwerke, bei denen die Kontrolle über die Synchronisation essentiell für ihrer Funktionen ist. Jedoch können unvermeidbare Defekte, lokale Verformungen aufgrund von Temperatur oder andere schwer zu kontrollierende Umgebungsbedingungen sowie langfristige Verschleißerscheinungen starke Auswirkungen auf das kollektive Verhalten haben oder die Synchronisation gänzlich zerstören. Deshalb ist es erstrebenswert universelle Prinzipien zu untersuchen, welche die Beständigkeit von Synchronisation verbessern. Die Anwendung von Topologie wiederum ist mittlerweile zu einem integralen Bestandteil der Physik der kondensierten Materie geworden. Dies führte zur Entdeckung von Phasen, welche durch globale Invarianten anstelle von lokalen Ordnungsparametern charakterisiert sind. Diese neuen Phasen der Materie zeigen eine ungewöhnliche Unempfindlichkeit gegenüber den unerwünschten Folgen von Verunreinigungen und Defekten. Jedoch ist es nicht abschließend geklärt welche Auswirkungen Wechselwirkungen mit der Umgebung auf topologische Systeme haben und ob topologische Eigenschaften unter offenen Systembedingungen weiterhin verfügbar sind. Ziel dieses Forschungsantrages ist es Topologie, welche aus der Physik der kondensierten Materie bekannt ist, mit nichtlinearer Dynamik und offenen Quantensystemen zu verbinden. Hierbei werden fundamentale theoretische Fragen beleuchtet wie zum Beispiel auf welche Weise klassische nichtlineare dynamische Effekte wie Synchronisation auf den Quantenbereich übertragen werden und inwiefern diese mit topologischen Konzepten in Verbindungen gebracht werden können. Darüber hinaus kann die Synchronisation von Quantensystemen, welche durch Topologie stabilisiert ist, die Leistungsfähigkeit von Geräten wie zum Beispiel frequency-locking Lasern oder hochpräzisen Uhren verbessern.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Joel Moore, Ph.D.; Professor Dr. Norman Yao, Ph.D.