Nicht-reziproke Vielteilchensysteme mit Tensor-Netzwerk

Dank ihrer quantenmechanischen Natur können wechselwirkende mikroskopische Teilchen außergewöhnliche Phänomene hervorrufen. Dies führte im letzten Jahrhundert zur Entdeckung zahlreicher neuartiger Materiephasen wie der Supraleitung oder der Suprafluidität, in denen sich Teilchen widerstandslos bewegen können. Das Verständnis dieser Phasen und ihre Beschreibung ist eines der zentralen Themen der modernen Physik. In jüngster Zeit hat der Fortschritt bei den experimentellen Plattformen dazu geführt, dass künstliche Systeme mit vielen Quantenteilchen zur Verfügung stehen, die eine noch nie dagewesene Kontrolle über einzelne Bestandteile und Systemparameter ermöglichen. Dank dieser neuen Art von Experimenten lassen sich theoretische Modelle testen und simulieren sowie neue Forschungsrichtungen erkunden. Insbesondere können diese Plattformen genutzt werden, um die Physik von Systemen zu untersuchen, die weit von ihrem thermischen Gleichgewicht entfernt sind. Systeme, die sich nicht im Gleichgewicht befinden, eröffnen eine völlig neue Richtung bei der Untersuchung von Materiephasen, bei der dynamische Eigenschaften eine entscheidende Rolle spielen. Ein noch umfassenderes Bild ergibt sich, wenn die Wechselwirkungen von Teilchen innerhalb des Systems mit den Wechselwirkungen des Systems mit seiner Umgebung kombiniert werden. In diesem Fall kann man die Kopplung mit der Umgebung so gestalten, dass bestimmte Eigenschaften des Systems entstehen, die sonst nicht möglich wären. Ein interessantes Beispiel sind nicht-reziproke Systeme, bei denen das Prinzip der Aktion/Reaktion durchbrochen wird und ein Teilchen die Dynamik eines anderen Teilchens beeinflussen kann, ohne von diesem beeinflusst zu werden. Im Rahmen dieses ESPRIT fellowship werden wir nicht-reziproke wechselwirkende Systeme in verschiedenen Umgebungen untersuchen, mit dem Ziel, neue Phänomene in einem wachsenden Forschungsgebiet zu entdecken. Diese Studie wird hauptsächlich theoretisch sein und fortgeschrittene numerische Techniken nutzen, um die Dynamik verschiedener nicht-reziproker Systeme zu simulieren. Wir werden uns auf drei Hauptthemen konzentrieren. (i) Die Ausbreitung der Verschränkung in nicht-reziproken Systemen, die den Baustein der Quanteninformation und eine der grundlegenden Ressourcen für Quantencomputer darstellt. (ii) Die Transporteigenschaften gerichteter Systeme, bei denen die nicht-reziproke Dynamik von Teilchen zur Entdeckung neuer Verhaltensweisen führen kann, die über die bekannten metallischen und isolierenden Eigenschaften hinausgehen. (iii) Das Zusammenspiel von topologischen Eigenschaften und Wechselwirkungen in nicht-reziproken Systemen und ihre Rolle bei den einzigartigen Phänomenen, die diese Systeme charakterisieren. Dank des breiten Spektrums der untersuchten Themen wird das Ergebnis dieses Projekts unser Verständnis der nicht-reziproken Materie vertiefen.