Neues Protokoll identifiziert faszinierende Quantenzustände

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Topologische Materialien stoßen auf großes Interesse und können die Grundlage für eine neue Ära der Materialentwicklung bilden.

In Science Advances stellen die Physiker um Andreas Elben, Jinlong Yu, Peter Zoller und Benoit Vermersch nun eine neue Messmethode zur Identifizierung und Charakterisierung sogenannter topologischer Invarianten auf verschiedenen experimentellen Plattformen vor.Moderne Quantensimulatoren bieten heute eine Vielzahl von Möglichkeiten, komplexe Quantenzustände vorzubereiten und zu untersuchen.

Sie werden mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern, Rydberg-Atomen, gefangenen Ionen oder supraleitenden Quantenbits realisiert.

Eine besonders faszinierende Klasse von Quantenzuständen sind die topologischen Zustände der Materie.

David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz wurden 2016 für ihre theoretische Entdeckung mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Diese Materiezustände sind durch nicht-lokale Quantenkorrelationen gekennzeichnet und besonders robust gegenüber lokalen Verzerrungen, die in Experimenten unvermeidlich auftreten.Benoît Vermersch, Jinlong Yu und Andreas Elben vom Zentrum für Quantenphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften schreiben: “Solche topologischen Phasen in Experimenten zu identifizieren und zu charakterisieren, ist eine große Herausforderung.

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Topologische Phasen können aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften durch lokale Messungen nicht identifiziert werden.

Wir entwickeln daher neue Messprotokolle, die es den Experimentalphysikern ermöglichen, diese Zustände im Labor zu charakterisieren”.In den letzten Jahren ist dies für nicht interagierende Systeme bereits erreicht worden.

Für interagierende Systeme, die in Zukunft auch als topologische Quantencomputer eingesetzt werden könnten, war dies bisher jedoch nicht möglich.

Mit stichprobenartigen Messungen zu einem eindeutigen ErgebnisIn Science Advances schlagen die Physiker der Forschungsgruppe von Peter Zoller nun Messprotokolle vor, die die Messung sogenannter topologischer Invarianten ermöglichen.

Diese mathematischen….

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