Phasenübergänge in absorbierende Zustände in Quantenvielteilchensystemen mit langreichweitigen Wechselwirkungen

• Antragsteller: Professor Dr. Igor Lesanovsky; Professor Dr. Christian Lubich
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Mathematik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465199066

Die Dynamik offener Vielteilchen-Quantensysteme mit weitreichenden Wechselwirkungen zu verstehen, ist eine der anspruchsvollsten Aufgaben der Physik. Dies betrifft sowohl ihre Echtzeitentwicklung als auch die Analyse ihrer stationären Zustände. Fortschritte bei der Lösung dieses Problems sind derzeit sehr gefragt, und Durchbrüche hier werden sich direkt auf die Forschung in vielen Bereichen der Physik auswirken. Diese reichen von der Physik der kondensierten Materie bis hin zur Quantenoptik. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung, Weiterentwicklung und Anwendung numerischer und analytischer Ansätze zur Analyse dissipativer Vielteilchen-Quantensysteme, die sich durch weitreichende Wechselwirkungen und das Vorhandensein von absorbierenden Zuständen auszeichnen. Diese Konstellationen stellen paradigmatische Beispiele für Nichtgleichgewichtsphysik dar und lassen neue Phänomene erwarten, wie beispielsweise kritisches Verhalten, das außerhalb der bekannten Gleichgewichtsuniversalitätsklassen liegt. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, vereint unser Forschungsteam Experten der numerischen Analysis und der Vielteilchen-Quantentheorie. Weiterhin ist das Arbeitsprogramm so konzipiert, dass es die Entwicklung und das Benchmarking numerischer Techniken im Kontext aktueller Forschungsprobleme kombiniert. Letztere umfassen z.B. Phasenübergänge in absorbierende Zustände sowie Quantenverallgemeinerungen von Reaktions-Diffusions-Problemen. Die Kombination modernster Tensornetzwerke, störungstheoretischer analytischer Ansätze und exakter analytischer Berechnungen ermöglicht schließlich die Erforschung kritischer Phänomene in verschiedenen Dimensionen und erlaubt eine systematische Untersuchung zeitlicher Korrelationen. Unsere Forschung verspricht die Entwicklung numerischer und analytischer Methoden für offene Quantensysteme voranzutreiben und wird es ermöglichen, aktuelle offene Fragen im Bereich der Nichtgleichgewichtsphysik zu beleuchten sowie möglicherweise neue Formen universellen Verhaltens in offenen Vielteilchen-Quantensystemen zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5413: Quantenspinsysteme mit langreichweitigen Wechselwirkungen: Experiment, Theorie und Mathematik
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Österreich, Ungarn
• Kooperationspartner: Dr. Gianluca Ceruti; Professor Dr. Juan P. Garrahan; Professor Dr. Örs Legeza
• Mitverantwortlich: Dr. Dominik Sulz