PN-III-P4-ID-PCE-2020-0277 (DECORSYS)

Short description of the project

Non-equilibrium dynamics, correlations and entanglement have been investigated intensively both experimentally and theoretically. At present it allows us to address fundamental questions such as thermalization and equilibration, to investigate non-equilibrium quantum fluctuation relations or to analyze non-linear response.  Recently, there is also a recent surge of interest in understanding and analyzing non-hermitian Hamiltonians. The intriguing physical effects embedded in such non-Hermitian physics triggered state of art developments in many branches of physics. As a result of this progress the otherwise fundamental problems of quantum statistical physics, such as the structure of the “stationary” state of closed quantum systems, the formation of thermodynamic entropy and quantum entanglement during time evolution, the Kibble-Zurek mechanism across a quantum critical point or even the formation of non-equilibrium phases in excited quantum systems become relevant for non-Hermitic and open systems.  These problems are not only critical to today’s cold atomic and solid-state physics experiments, but a detailed description of time evolution is essential for quantum communication applications, quantum cryptography, quantum computations, and quantum simulations.  In the present project we plan to develop and apply new theoretical tools and computational methods that can be used to discover and explain new phenomena and mechanisms, and to obtain more accurate answers to such problems. The problems that we are planning to address have a high degree of originality and were not address previously in the literature, therefore reaching the objectives of our proposal will provide a fresh theoretical insight into the dynamics in non-Hermitian and open systems dynamics. We are planning to develop new numerical codes by upgrading the TEBD code to Liouvillian evolution, incorporate the quantum trajectories into it, and to develop a new TDVP code for non-equilibrium dynamics. These unique tools shall enable us to study unknown aspects of entanglement growth, information spreading and correlations in such systems.

Scurtă descriere a proiectului

Dinamica de neechilibru, corelațiile și înseparabilitatea au fost investigate intens atât experimental, cât și teoretic. În prezent, ne permite să abordăm întrebări fundamentale precum termalizarea și echilibrarea, să investigăm rolul fluctuațiilor cuantice în sisteme la neechilibru sau răspunsul neliniar. Recent, a crescut și interesului pentru înțelegerea și analiza sistemelor non-hermitice. Efectele fizice fascinante încorporate într-o astfel de fizică non-hermitica au dus la studii noi în multe ramuri ale fizicii. Ca urmare a acestui progres, problemele de altfel fundamentale ale fizicii statistice cuantice, cum ar fi structura stării „staționare” a sistemelor cuantice închise, formarea entropiei termodinamice și a inseparabilitatea cuantica în timpul evoluției în timp, mecanismul Kibble-Zurek în vecinătatea unui punc critic sau formarea fazelor de neechilibru în sisteme cuantice excitate devin relevante pentru sistemele non-hermitic sau sistemele deschise. Aceste probleme sunt doar importante atât din punct de vedere experimental cât și teoretic și necesita o înțelegere și o descriere detaliată a evoluției sistemului pentru aplicațiile de comunicare cuantică, criptografia cuantică, calculele și simulările folosind algoritmi cuantici. În cadrul proiectului de fata ne propunem să dezvoltăm și să aplicăm noi instrumente teoretice și metode de calcul care pot fi utilizate pentru a descoperi și explica noi fenomene și mecanisme și pentru a obține răspunsuri mai precise la astfel de probleme. Problemele pe care intenționăm să le abordăm au ​​un grad ridicat de originalitate și nu au fost abordate anterior în literatură, prin urmare atingerea obiectivelor va oferi o nouă perspectivă teoretică asupra dinamicii sistemelor deschise și non-hermitice. Planificăm să dezvoltăm noi coduri numerice prin actualizarea codului TEBD la evoluția Liouvilliană, să încorporăm traiectorii cuantice în acesta și să dezvoltăm un nou cod TDVP pentru dinamica de neechilibru. Aceste instrumente unice ne vor permite să studiem corelațiilor în astfel de sisteme.

Main objectives

T1) Developing of new methods such as the TEBD for density matrix in Liouvillian space, quantum trajectories within the TEBD approach, or the TDVP approach. T2) Investigating the non-equilibrium dynamics and correlations in open systems and non-hermitic models T3) The study of quantum information and entanglement in open systems and in non-hermitian models.

Obiective principale

T1) Dezvoltarea de noi metode precum TEBD pentru matricea de densitatei în spațiul Liouvillian, traiectorii cuantice în cadrul abordării TEBD sau abordarea TDVP. T2) Investigarea dinamicii şi corelaţiilor de neechilibru în sisteme deschise şi modele neermitice T3) Studiul informaţiei cuantice şi inseparabilitatii în sisteme deschise şi în modele non-herzmitice.