In dem Format “5 Fragen an ConQuMat” berichten Projektmitglieder über Ihre Forschung, Ihre Ziele und Herausforderungen, sowie Chancen für die Zukunft.
Zu Beginn stellt sich der zweite Projektsprecher, Prof. Dr. Frank Pollmann (Professur für Theoretische Festkörperphysik) von der Technischen Universität München vor.
Woran forschen Sie im Projekt ConQuMat?
Im Rahmen des ConCuMat-Projekts konzentriert sich unsere theoretische Forschung auf neuartige Quantenphasen der Materie, die aufgrund von „Constraints“ entstehen. Wir verfolgen zwei Hauptansätze: Erstens sagen wir dynamische Fingerabdrücke von Quantenspinflüssigkeiten voraus, um deren experimentelle Detektion zu unterstützen. Zweitens betrachten wir eingeschränkte Systeme weit außerhalb des Gleichgewichts und untersuchen, wie diese sich einem Gleichgewichtszustand nähern.
Was hat Sie dazu inspiriert, sich in diesem (spezifischen) Forschungsbereich zu engagieren?
Das Verständnis der emergenten Eigenschaften eines Systems, das aus vielen interagierenden Teilchen besteht, ist ein zentrales Problem der theoretischen Physik. Selbst Systeme aus einfachen mikroskopischen Bestandteilen zeigen beim Abkühlen auf tiefe Temperaturen oft erstaunlich komplexe Verhaltensweisen. Ein berühmtes Beispiel ist der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt (FQHE), bei dem ein Vielteilchenzustand entsteht, der teilchenartige Anregungen unterstützt, die Bruchteile der elektronischen Ladung tragen. Dieses Phänomen veranschaulicht die aufregenden Möglichkeiten, die eingeschränkte Systeme, welche den Schwerpunkt des ConQuMat-Projekts bilden, bieten und macht sie zu einer idealen Plattform für die Erforschung solcher emergenter Eigenschaften.
Was ist das Ziel Ihrer Forschung?
Zunächst werden wir Quantenspinflüssigkeiten untersuchen, für die wir eine Kombination aus analytisch nachvollziehbaren Modellen, neuartigen numerischen Methoden sowie Werkzeugen des maschinellen Lernens verwenden wollen, um dynamische Antwortfunktionen für eine Reihe experimentell relevanter Quantenspinsysteme zu erhalten und zu charakterisieren. Zweitens werden wir die Rolle verschiedener Einschränkungen auf die Quantendynamik in für kondensierte Materie relevanten Umgebungen mit neuartigen Methoden untersuchen und experimentell relevante Vorhersagen für Nichtgleichgewichtsreaktionen stark korrelierter Systeme liefern.
Welche Herausforderungen begegnen Ihnen in Ihrer Forschung und wie gehen Sie damit um?
Die Hauptschwierigkeit bei der theoretischen Untersuchung von Quanten-Vielteilchensystemen ist der exponentiell große Hilbert-Raum. Wir werden modernste Techniken wie Tensornetzwerk-basierte Algorithmen und maschinelle Lernmethoden verwenden, um dieses Problem zu lösen.
Wie könnte Ihre Forschung das Verständnis der Physik / der Welt / von Technologien / der Zukunft ändern?
Die emergenten Phasen der Materie wie Quantenspinflüssigkeiten und topologisch geordnete Phasen weisen eine nicht-lokale Verschränkung auf. Damit stellen diese einen idealen Baustein für zukünftige Quantentechnologien dar.
