DFG-NSF Physics: Gestaltung topologisch-geordneter und angetrieben-dissipativer Stationärzustände mithilfe von Nichtgleichgewichtsantrieben

• Antragsteller: Dr. Marin Bukov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563114538

Nichtgleichgewichtsantriebe sind ein wertvolles Werkzeug zur Konstruktion von Quantensystemen, die von ultrakalten Atomen und gefangenen Ionen bis hin zu supraleitenden Qubits und Quantenmaterialien reichen. Beispielsweise ermöglichen periodische Antriebe die Erzeugung neuartiger effektiver Hamiltonoperatoren, ein Prozess, der als Floquet-Ingenieurtechnik bekannt ist, sowie die Realisierung unitärer Dynamiken, die über jedes mögliche statische Hamiltonsystem hinausgehen. Moderne Experimente zur Quanten-Simulation auf Basis von AMO (Atom-, Molekül- und Optoelektronik)-Technologien sind jedoch derzeit durch die Unfähigkeit begrenzt, die Atome in die gewünschten stark korrelierten Zustände zu kühlen, was ein entscheidender Aspekt des Untersuchens der konstruierten Hamiltonoperatoren ist. Dieser Vorschlag zielt darauf ab, neue Methoden zur Vorbereitung und Stabilisierung von Nichtgleichgewichtphasen der Materie in Quantensystemen zu demonstrieren und dabei die Expertise der Projektleiter in Floquet-Physik, Quantenoptimalkontrolle, Quantengeometrie und offenen Quanten-Systemen zu nutzen. Das Projekt konzentriert sich auf drei miteinander verbundene Ziele: (1) Untersuchung der Kibble-Zurek-Skalierung in topologisch geordneten Systemen, (2) Entwicklung von kontradiabatischen Antriebs- und Optimalkontrolltechniken in offenen Quanten-Systemen und (3) Erforschung der dissipativen Regularisierung von Floquet-Resonanzen. Diese Ziele verbinden theoretische Behandlungen der Nichtgleichgewicht-Phasenstruktur mit experimentellen Plattformen, auf denen die Techniken zur Zustandsvorbereitung angewendet werden können. Die vorgeschlagenen Methoden dürften sofort in ultrakalten AMO-Experimenten und supraleitenden Qubit-Systemen relevant sein, obwohl die Ideen hinreichend allgemein sind, um auch Einblicke in Festkörpermaterialien zu liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Michael Kolodrubetz, Ph.D.