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Illustration: Harald Ritsch

Turbo für das Quan­tenin­ter­net

Vor einem Vierteljahrhundert machten Innsbrucker Physiker den ersten Vorschlag, wie... Ganzen Artikel lesen

Quantenflüssigkeit wird beim Erwärmen fest

Feststoffelassen sich durch Erwärmenschmelzen,dochin der Quantenwelt kann esauch umgekehrt... Ganzen Artikel lesen
PASQuanS2 Partner

PASQuanS2-Projekt gestartet

PASQuanS2 zielt darauf ab, programmierbare, große atomare Quantensimulatoren der nächsten... Ganzen Artikel lesen
Foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Schlüsselkomponenten für die Quantentechnologie

Im EU-Projekt TruePA entwickeln Forschende die nächste Generation von parametrischen Verstärkern, die in... Ganzen Artikel lesen

In the News

Physics: A Nonlinear Cavity Cools a Cantilever

Photons in a nonlinear cavity perform “negative” work on a mechanical oscillator, cooling it toward its ground state.

Nature: ‘Levitating’ nanoparticles could push the limits of quantum entanglement

Interaction between glass spheres suspended in a vacuum might one day lead to advances in quantum computing.

Aktuellste Preprints

Exploring Large-Scale Entanglement in Quantum Simulation M. K. Joshi, C. Kokail, R. van Bijnen, F. Kranzl, T. Zache, R. Blatt, C. F. Roos, P. Zoller arXiv:2306.00057 Toggle Abstract
ntanglement is a distinguishing feature of quantum many-body systems, and uncovering the entanglement structure for large particle numbers in quantum simulation experiments is a fundamental challenge in quantum information science. Here we perform experimental investigations of entanglement based on the entanglement Hamiltonian, as an effective description of the reduced density operator for large subsystems. We prepare ground and excited states of a 1D XXZ Heisenberg chain on a 51-ion programmable quantum simulator and perform sample-efficient `learning' of the entanglement Hamiltonian for subsystems of up to 20 lattice sites. Our experiments provide compelling evidence for a local structure of the entanglement Hamiltonian. This observation marks the first instance of confirming the fundamental predictions of quantum field theory by Bisognano and Wichmann, adapted to lattice models that represent correlated quantum matter. The reduced state takes the form of a Gibbs ensemble, with a spatially-varying temperature profile as a signature of entanglement. Our results also show the transition from area to volume-law scaling of Von Neumann entanglement entropies from ground to excited states. As we venture towards achieving quantum advantage, we anticipate that our findings and methods have wide-ranging applicability to revealing and understanding entanglement in many-body problems with local interactions including higher spatial dimensions.
Quantum and classical spin network algorithms for q-deformed Kogut-Susskind gauge theories T. Zache, D. Gonzalez Cuadra, P. Zoller arXiv:2304.02527 Toggle Abstract
Treating the infinite-dimensional Hilbert space of non-abelian gauge theories is an outstanding challenge for classical and quantum simulations. Here, we introduce q-deformed Kogut-Susskind lattice gauge theories, obtained by deforming the defining symmetry algebra to a quantum group. In contrast to other formulations, our proposal simultaneously provides a controlled regularization of the infinite-dimensional local Hilbert space while preserving essential symmetry-related properties. This enables the development of both quantum as well as quantum-inspired classical Spin Network Algorithms for q-deformed gauge theories (SNAQs). To be explicit, we focus on SU(2)k gauge theories, that are controlled by the deformation parameter k and converge to the standard SU(2) Kogut-Susskind model as k→∞. In particular, we demonstrate that this formulation is well suited for efficient tensor network representations by variational ground-state simulations in 2D, providing first evidence that the continuum limit can be reached with k=O(10). Finally, we develop a scalable quantum algorithm for Trotterized real-time evolution by analytically diagonalizing the SU(2)k plaquette interactions. Our work gives a new perspective for the application of tensor network methods to high-energy physics and paves the way for quantum simulations of non-abelian gauge theories far from equilibrium where no other methods are currently available.
Mediated interactions between Fermi polarons and the role of impurity quantum statistics C. Baroni, B. Huang, I. Fritsche, E. Dobler, G. Anich, E. Kirilov, R. Grimm, M. A. Bastarrachea-Magnani, P. Massignan, G. Bruun arXiv:2305.04915 Toggle Abstract
The notion of quasi-particles is essential for understanding the behaviour of complex many-body systems. A prototypical example of a quasi-particle, a polaron, is an impurity strongly interacting with a surrounding medium. Fermi polarons, created in a Fermi sea, provide a paradigmatic realization of this concept. As an inherent and important property such quasi-particles interact with each other via modulation of the medium. While quantum simulation experiments with ultracold atoms have significantly improved our understanding of individual polarons, the detection of their interactions has remained elusive in these systems. Here, we report the unambiguous observation of mediated interactions between Fermi polarons consisting of K impurities embedded in a Fermi sea of Li atoms. Our results confirm two landmark predictions of Landau's Fermi-liquid theory: the shift of the polaron energy due to mediated interactions, linear in the concentration of impurities, and its sign inversion with impurity quantum statistics. For weak to moderate interactions between the impurities and the medium, we find excellent agreement with the static (zero-momentum and energy) predictions of Fermi-liquid theory. For stronger impurity-medium interactions, we show that the observed behaviour at negative energies can be explained by a more refined many-body treatment including retardation and molecule formation
Macroscopic Quantum Superpositions in a Wide Double-Well Potential M. Rodà Llordés, A. Riera Campeny, D. Candoli, P. Grochowski, O. Romero-Isart arXiv:2303.07959
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Forschungsgruppen

  • Foto of Rainer Blatt
    Die Forschungsgruppe um Rainer Blatt untersucht quantenphysikalische Prozesse an Ionen, die in Ionenfallen gespeichert sind. Ziel der Experimente ist es, eine möglichst vollständige Kontrolle über...
    Quantenoptik und Spektroskopie
  • Foto of Francesca Ferlaino
    Die Forschungsgruppe um Francesca Ferlaino beschäftigt sich mit dipolaren Quantenphänomenen, wofür sie stark magnetische Atomspezies verwendet. So konnte die Gruppe im Jahr 2012 das erste...
    Dipolare Quantengase
  • Foto of Rudolf Grimm
    Die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Rudolf Grimm untersucht ultrakalte Teilchensysteme, bestehend aus optisch gespeicherten Quantengasen sehr nahe am absoluten Nullpunkt. Solche Systeme...
    Ultrakalte Atome und Quantengase
  • Foto of Gerhard Kirchmair
    Die Forschungsgruppe um Gerhard Kirchmair arbeitet an supraleitenden Schaltkreisen und deren Anwendung in der Quanteninformationsverarbeitung und Quantensimulation. Die quantenmechanischen...
    Supraleitende Quantenschaltkreise
  • Foto of Hannes Pichler
    Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Hannes Pichler beschäftigt sich mit quantenoptischen Systemen, Quanten-Vielteilchenphysik und Quanteninformation. Ziel der Gruppe ist es, die theoretischen Grundlagen...
    Quantenoptik und Vielteilchenphysik
  • Foto of Oriol Romero-Isart
    Die von Oriol Romero-Isart geführte Forschungsgruppe beschäftigt sich mit Themen der theoretischen Quantenoptik und Quantennanophysik, sowohl im Kontext von Grundlagenforschung als auch im Hinblick...
    Quantennanophysik, Quantenoptik und Quanteninformation
  • Foto of Peter Zoller
    Die Forschungsthemen der Gruppe um Peter Zoller sind in den Gebieten der theoretischen Quantenoptik und Atomphysik, der Quanteninformation und der Theorie kondensierter Materie angesiedelt. Im...
    Quantenoptik und Quanteninformation

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