Kontinuierliche Quantenmessungen für Vielteilchensysteme

Die Dynamik von Quanten-Vielteilchensystemen ist aufgrund des enormen Rechenaufwands schwer vorherzusagen. In den letzten Jahren haben sich Quantensimulatoren aus ultrakalten Atomen als hochgradig kontrollierte Plattform zur Untersuchung der Quantendynamik in verschiedenen Regimen herausgebildet. In QuOntM werden wir neue Technologien entwickeln, um Informationen aus Quantensimulatoren zu extrahieren. Unsere Entwicklungen werden auf der Möglichkeit basieren, die Entstehung eines bestimmten Modells bei der Durchführung der Quantensimulation zu verifizieren. Dazu werden wir Methoden zum Lernen der effektiven Hamiltonoperatoren für kontinuierliche Systeme etablieren. Durch die Übertragung von Methoden für mikroskopische Theorien auf Quantenfeldtheorien werden wir in der Lage sein, durch Messungen des Quantensimulators auf den realisierten effektiven Hamiltonoperator zu schließen. Unsere experimentellen Studien basieren auf der etablierten Plattform von ATOMCHIP, bei der Rubidium-Atome magnetisch in einer eindimensionalen Fallengeometrie eingefangen werden. Wir werden oszillierende hochfrequente Magnetfelder verwenden, um eine kontrollierbare Menge von Atomen aus dem System auszukoppeln; diese ausgekoppelten Atome dienen als Quantensonde für die Eigenschaften des Systems. Der Nachweis der Atome mit einem Einzelatom-empfindlichen Fluoreszenz-Bildgebungssystem wird es uns ermöglichen, schwache, wiederholte Untersuchungen durchzuführen, während die Quantenhaftigkeit des Systems erhalten bleibt. Schließlich werden uns diese Methoden ermöglichen, die Korrelationsfunktion in ungleicher Zeit zu untersuchen, was uns neue Einblicke in die Dynamik fern vom Gleichgewicht geben wird. Letztendlich wollen wir unsere Methode in das Regime der kontinuierlichen Messung bringen. Unser Ziel ist es, die zugänglichen physikalischen Phänomene zu bereichern, indem wir die Systeme für eine Umgebung öffnen und gleichzeitig alle Informationen aufzeichnen, die aus dem System verloren gehen. Dies wird den Zugang zu bisher unerforschten Quantenphänomenen ermöglichen.