Professor Dr. Alexander Altland ; Professor Dr. Simon Trebst
Grant period
2016 -
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)277101999
Note: Die Mission unseres Sonderforschungsbereichs ist es, die fundamentalen Gesetze der Quanten-mechanik zu nutzen, um Verschränkung in Festkörpersystemen in greifbarer Form zu materialisieren und Protokolle zur Steuerung ihrer Dynamik zu konzipieren und zu implementieren. Die Entstehung und Manipulation von Verschränkung auf makroskopischen Skalen hängt vom Zusammenspiel dreier Konzepte ab, die gleichzeitig die Forschung unseres SFBs definieren: (i) Topologische Quantenmaterie. Verschränkte Zustände großer Quantensysteme verdanken ihre Existenz Schutzmechanismen topologischen Ursprungs. Eine Quantenwellenfunktion, die durch einen nicht-trivialen topologischen Index gekennzeichnet ist - sozusagen eine "geknotete" Wellenfunktion - zeigt ein hohes Maß an Robustheit gegenüber widrigen Dekohärenz-Mechanismen. Die daraus resultierenden stabilen topologischen Anregungen sind mikroskopische Bausteine, die für die Konstruktion von verschränkten Materiezuständen zentral sind. (ii) Quanteninformation. Die Realisierung verschränkter makroskopischer Quantenzustände in Festkörperbauelementen hat zu einem praxis-bezogenen Umdenken in der Quanteninformationstheorie geführt. Theoretische Konzepte werden nun praktisch angewandt, etwa in der Implementierung von Quantenschaltkreisen zur dynamischen Erzeugung und Manipulation von Verschränkung auf mittelgroßen, fehler-behafteten Quantenplattformen. Umgekehrt wird die experimentelle Unvermeidbarkeit rausch-induzierter Quellen von Dekohärenz neu betrachtet, indem untersucht wird, wie Störeffekte selbst zur Stabilisierung von Quanteninformationen genutzt werden können. (iii) Quanten-Bauelemente. Das Zusammenspiel der physikalischen Realisierungen von Verschränkung und Quanteninformationsprotokollen zu dessen aktiver Steuerung lässt sich nutzen, um neuartige Architekturen für Quanten-Bauelemente zu ermöglichen. Theoretische Untersuchungen hierzu befassen sich mit der Physik fraktionalisierter Anregungen und deren Umsetzung in korrelierten Materialien oder mesoskopischen Systemen, die halbleitende, metallische und supraleitende Hybridelemente umfassen. Diese Systeme dienen als Plattformen für den Entwurf von Architekturen für praktisches Quantenrechnen.
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