Digitale Quantenmaterie im Nicht-Gleichgewicht

• Antragsteller: Xhek Turkeshi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560726973

Jüngste Durchbrüche in der experimentellen Physik haben zur Entstehung programmierbarer digitaler Quanten-Simulatoren geführt. Obwohl diese Geräte noch nicht für Anwendungen in der realen Welt bereit sind, definieren sie unser Verständnis der Vielkörperphysik neu. Durch die Nutzung einzigartiger Quantenressourcen realisieren digitale Simulatoren beispiellose Materiephasen, die durch ihren quanteninformationellen Gehalt charakterisiert sind. Dieses Projekt greift auf Methoden aus der Quanteninformation, der kondensierten Materie und der statistischen Physik zurück, um die Herausforderungen, die durch diese Geräte und ihre Vielkörperphasen entstehen, voranzutreiben. Der Vorschlag konzentriert sich auf drei komplementäre, aber synergetische Ziele: 1. Das dynamische Verhalten der Vielkörper-Quantenmagie zu verstehen, einer grundlegenden Ressource für universelles Quantenrechnen. Wir werden exakte analytische Methoden und neuartige numerische Ansätze kombinieren, um zu untersuchen, wie sich diese Vielkörpermagie in Vielkörpersystemen ausbreitet und entwickelt. 2. Die experimentelle Herausforderung zu überwinden, die sogenannten messinduzierten Phasen, eines der archetypischen Phänomene in digitalen Quantensystemen, zu detektieren. Zu diesem Zweck werden wir Algorithmen entwickeln, die auf Rückkopplung und Steuerung basieren, um die Evolution überwachter Systeme zu manipulieren. 3. Zu klären, wie die intrinsische Dynamik des Systems Quanteninformationen vor Fehlern und Störungen schützen kann, die die Hauptbeschränkungen aktueller Quantengeräte darstellen. Unsere Studie wird die Bedingungen identifizieren, unter denen Fehlertoleranz im System entsteht, sodass Quanteninformationen zuverlässig geschützt werden. Das übergeordnete Ziel des Vorschlags ist es, die neuartigen Nichtgleichgewichtszustände in digitalen Quanten-Simulatoren zu entdecken und damit die Grenzen der kondensierten Materie und der Quanteninformationstheorie voranzutreiben. Das Projekt stützt sich auf fortgeschrittene analytische und rechnergestützte Werkzeuge, um offene Fragen zu beantworten. Die Machbarkeit basiert auf der starken theoretischen Expertise und der Erfahrung im Hochleistungsrechnen des Projektleiters, die es ermöglichen, konzeptionelle und technische Risiken zu mindern. Der Erfolg des Vorschlags gründet sich auf die Synergie zwischen dem Fachwissen des Projektleiters und den führenden wissenschaftlichen Profilen der gastgebenden Institution (Institut für Theoretische Physik an der Universität zu Köln), die sich gegenseitig ergänzen und bereichern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Gruppen