ERC Starting Grant für Max-Planck-Gruppenleiter Jad C. Halimeh
Mit dem renommierten Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro beabsichtigt der Theoretiker, die nächste Generation von Quanten-Simulatoren für Eichfeldtheorien zu entwickeln.
Dr. Jad C. Halimeh, ein unabhängiger Forschungsgruppenleiter, der der Theorie-Abteilung des Instituts angegliedert ist, hat einen renommierten Starting Grant 2024 vom Europäischen Forschungsrat (ERC) erhalten. Der ERC Starting Grant ist die höchste Auszeichnung für exzellente Nachwuchswissenschaftler in Europa. Mit dieser Förderung möchte Halimeh mit seinem Team die aktuellen Konzepte der Quantensimulation weiterentwickeln, vor allem für höherdimensionale Eichfeldtheorien und deren Dynamik fern vom Gleichgewicht. Der Erfolg des Projekts stützt sich auf einen zweigleisigen Ansatz, der sowohl technologische als auch phänomenologische Aspekte berücksichtigt: Eichfeldtheorien, ein zentrales Konzept der modernen Physik, sind besonders schwer außerhalb des Gleichgewichts zu untersuchen, da dabei komplexe Verschränkungen entstehen. Aufbauend auf seiner bisherigen Forschung will Halimeh mit seinem Team die nächste Generation von großskaligen und experimentell umsetzbaren Quantensimulatoren für Eichfeldtheorien in höheren Raumdimensionen und mit nicht-Abelschen Eichgruppen entwickeln. Zusätzlich wird das Projekt eng mit experimentellen Gruppen zusammenarbeiten, um diese Konzepte auf vorhandener Quantenhardware zu testen.
Die Untersuchung der Quantendynamik fern vom Gleichgewicht ist herausfordernd, vor allem bei Modellen, die auf sogenannten Eichfeldtheorien basieren. Diese Theorien sind grundlegend für die moderne Physik, da sie die Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen über Eichbosonen beschreiben. Ein Schlüsselelement dieser Theorien, die Eichsymmetrie, stellt eine Verbindung zwischen der Verteilung geladener Materie und den Konfigurationen von Eichfeldern her.
Die Dynamik solcher Theorien außerhalb des Gleichgewichts zu erforschen, besonders in höheren Dimensionen, ist schwierig, da dabei starke Quantenverschränkungen auftreten – ein typisch quantenmechanisches Phänomen, bei dem verschiedene Teile eines Systems nicht unabhängig voneinander beschrieben werden können. Das Verständnis dieser Dynamiken könnte jedoch wertvolle Einblicke in die Festkörper- und Hochenergiephysik bieten, etwa in die Entwicklung des frühen Universums oder die Natur der Quantenthermalisierung.
Jad C. Halimehs ERC Starting Grant-Projekt – „Quantensimulation von Eichfeldtheorien fern vom Gleichgewicht“ (QuSiGauge) – wird einen wichtigen Schritt zur Beantwortung dieser offenen Fragen machen, indem es auf zwei Säulen basiert: eine technologische und eine phänomenologische. Im technologischen Teil von QuSiGauge werden Halimeh und sein Team theoretische Konzepte für experimentell umsetzbare und zuverlässige Quantensimulatoren für steuerbare Eichfeldtheorien in höheren Dimensionen und mit nicht-Abelschen Eichgruppen entwickeln. Dieser Teil knüpft an Halimehs frühere Arbeiten an, insbesondere an seine innovative Methode des „Eichschutzes“, die eine stabile Erhaltung der Eichsymmetrie auf dem Quantensimulator ermöglicht hat: „Meine Idee des linearen Eichschutzes hat die Realisierung der bislang größten Quantensimulatoren für einfache Modelle von abelschen Eichfeldtheorien ermöglicht, und ich freue mich darauf, diese Methode weiterzuentwickeln und experimentell zu nutzen“, erklärt Halimeh.
Im phänomenologischen Teil des Projekts geht es darum, neue exotische Dynamiken von Eichfeldtheorien außerhalb des Gleichgewichts zu entdecken, zu verstärken und zu klassifizieren, die auf aktuellen und zukünftigen Quantensimulationsplattformen beobachtet werden können. Die Ergebnisse könnten uns ein besseres Verständnis davon geben, wie isolierte Quantensysteme zum Gleichgewicht gelangen, und könnten Anwendung in der Quantenmesstechnik finden.
„Die beiden Säulen des Projekts haben das Potenzial, unsere Herangehensweise an die Erforschung von Vielteilchensystemen grundlegend zu verändern. Sie bieten auch eine einzigartige Möglichkeit, die Hochenergiephysik auf neue Weise zu untersuchen“, sagt Jad C. Halimeh.
„Der ERC Starting Grant gibt mir die nötigen Mittel, um die Technologie der Quantensimulation von Eichfeldtheorien in zwei Raumdimensionen und darüber hinaus weiterzuentwickeln und das breite Spektrum an Phänomenen außerhalb des Gleichgewichts in diesen Modellen besser zu verstehen“, fügt der Physiker hinzu.
Der Starting Grant des Europäischen Forschungsrats ist die jüngste von mehreren hoch angesehenen Auszeichnungen, die Dr. Jad C. Halimeh erhalten hat. Zuvor wurde ihm das frei verfügbare Max-Planck-Forschungsgruppenleiter-Stipendium (2 Millionen Euro, Oktober 2023) sowie das Emmy-Noether-Forschungsgruppenleiter-Stipendium (1,5 Millionen Euro, August 2023) verliehen.
