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Prof. Dr. Norbert Schuch
Norbert Schuch
Forschungsgruppenleiter
Telefon: +49 89 3 29 05 - 129
W2 Professur
Leiter der Forschungsgruppe "Verschränktheit komplexer Quantensysteme / Head of research group "Entanglement of Complex Quantum Systems"

Forschungsgruppe verschränktheit komplexer quantensysteme

Leiter: Prof. Dr. Norbert Schuch

Die Forschungsgruppe „Verschränktheit komplexer Quantensysteme“ arbeitet an der Schnittstelle von stark korrelierten Vielteilchensystemen und Quanteninformationstheorie. Stark korrelierte Vielteilchensysteme weisen eine große Palette an exotischen physikalischen Phänomenen auf, wie zum Beispiel topologisch geordnete Phasen mit quantisierten Randströmen sowie exotische Anregungen, die sich aus der komplexen Struktur ihrer Verschränktheit ergeben. Die Theorie der Verschränkung ist aber gleichzeitig auch ein Herzstück der Quanteninformationstheorie. Hier sind einen Reihe von Werkzeugen entwickelt worden, mit denen sich Verschränkung klassifizieren, quantifizieren und auch nutzbar machen lässt. Das legt es nahe, diese Werkzeuge auch bei der Untersuchung stark korrelierter Systeme anzuwenden.

In unserer Gruppe benutzen wir die Methoden der Quanteninformationstheorie für die systematische Untersuchung stark korrelierter Systeme, wobei wir drei Ziele verfolgen: Zunächst wollen wir die Phasen klassifizieren, die in diesen Systemen auftreten können, d.h. die unterschiedlichen Formen der globalen Verschränktheit. Sodann wollen wir die hier gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um mit Hilfe maßgeschneiderter variationeller Wellenfunktionen spezielle stark korrelierte Systeme zu untersuchen. Und schließlich befassen wir uns mit den grundsätzlichen Beschränkungen, die uns die Theorie der Quantenkomplexität bei dem Verständnis dieser Systeme auferlegt.

Ein wichtiges Werkzeug bei unserer Untersuchung sind Tensor-Netzwerk-Zustände, die einen einzigen Tensor verwenden, um sowohl eine globale Wellenfunktion als auch einen zugehörigen Hamilton-Operator zu beschreiben. Dieser Tensor kodiert alle physikalischen Eigenschaften lokal und erlaubt es somit, Zusammenhänge zwischen lokalen Eigenschaften und einem sich global herausbildenden Verhalten herzustellen.

 
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