FOR 5413:  Quantenspinsysteme mit langreichweitigen Wechselwirkungen: Experiment, Theorie und Mathematik

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465199066

Quantensysteme, in denen Teilchen mit langreichweitigen Kräften wechselwirken, zeigen erstaunliche Eigenschaften. Zu diesen gehören zum Beispiel eine superextensive Skalierung thermodynamischer Größen, starke Korrelationen und eine verstärkte Tendenz zur Ausbildung kollektiven Verhaltens. Entscheidende Durchbrüche bei der Kontrolle ultrakalter atomarer Gase erlauben es Systeme mit langreichweitigen Wechselwirkungen im Labor zu realisieren und zu studieren. Dies eröffnet einzigartige Möglichkeiten zur Manipulation und Anwendung kollektiver Quantenphänomene. Um diese bestmöglich zu nutzen bedarf es allerdings einer koordinierten Weiterentwicklung experimenteller und theoretischer Methoden.Zu diesem Zweck schlagen wir eine Forschungsgruppe vor, deren Forschungsprogramm sich gezielt mit Fragestellungen zu Quantenvielteilchensystemen mit langreichweitigen Wechselwirkungen beschäftigt. Die Forschungsziele liegen in dem Verständnis, der Realisierung und Kontrolle derartiger Systeme, sowie der Ausnutzung ihrer Eigenschaften in quantentechnologischen Anwendungen, wie Metrologie und Sensorik. Zur Erreichung dieser ambitionierten Ziele bringt unsere Forschungsgruppe eine Reihe international anerkannter Forscher mit außergewöhnlich breiter und komplementärer Expertise zusammen. Diese reicht von experimenteller und theoretischer Physik, über mathematische Physik bis hin zu numerischer Analysis. Auf experimenteller Seite konzentriert sich das Forschungsprogramm auf Systeme ultrakalter, stark wechselwirkender Rydberggase. Es umfasst Experimente, die sowohl im feldfreien Raum als auch in strukturierten Umgebungen von Mikrowellen- und optischen Kavitäten durchgeführt werden. Diese experimentellen Projekte sind eng verknüpft mit Forschung in den Bereichen der mathematischen und theoretischer Physik sowie der Entwicklung numerischer Methoden. Das auf eine enge Verbindung zwischen Experiment, Theorie und Mathematik abgestimmte Forschungsprogramm wird zur Entwicklung neuer Ansätze und Methoden führen, die unser Verständnis stark korrelierter Quantenmaterie in neue Bereiche vorantreibt.Aufbauend auf dem ‚Center for Quantum Science‘ der Universität Tübingen bringt die Forschungsgruppe eine interdisziplinäre Gruppe international führender Wissenschaftler zusammen. Darüber hinaus wird die starke Anbindung von Masterkursen in fortgeschrittener Quantenphysik und mathematischer Physik zur Maximierung von Synergien führen, die eine einzigartige Forschungsumgebung für Studenten, Doktoranden und erfahrene Forscher schafft.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Österreich, Schweiz, USA

Projekte

• Adiabatisches Verhalten und lineare Antwort in Vielteilchen-Quantensystemen mit langreichweitiger Wechselwirkung (Antragsteller Teufel, Stefan )
• Atomare Spinsysteme mit unendlich-reichweitiger Wechselwirkung (Antragstellerinnen / Antragsteller Fortágh, József ;  Olmos Sanchez, Beatriz )
• Einfluss langreichweitiger Wechselwirkungen auf Phasenübergänge in Spin-Boson Modellen (Antragsteller Slama, Sebastian )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Lesanovsky, Igor )
• Mikroskopische Herleitung effektiver Hamilton-Operatoren für Gittermodelle langreichweitig wechselwirkender Atome (Antragstellerin Andergassen, Sabine )
• Nichtgleichgewichtsdynamik langreichweitig wechselwirkender Quantensysteme und ihre Anwendungen für die Quantenmetrologie (Antragsteller Braun, Daniel ;  Fortágh, József )
• Phasenübergänge in absorbierende Zustände in Quantenvielteilchensystemen mit langreichweitigen Wechselwirkungen (Antragsteller Lesanovsky, Igor ;  Lubich, Christian )
• Zeitumkehr in zweidimensionalen Quanten-Ising Systemen (Antragsteller Groß, Christian )

• Sprecher: Professor Igor Lesanovsky