ملخص
أحد أسرار الطبيعة الدائمة هو كيفية وجود النظام وسط الفوضى. تُظهر الأنظمة المألوفة، مثل بندول الساعة، حركة دورية منتظمة. لكن هذا السلوك المنظم هش. على سبيل المثال، تؤدي التفاعلات بين الجسيمات بسرعة إلى الفوضى، مما يجبر النظام على التسخين الحراري ونسيان حالته الأولية. يمكن تصور ذلك على أنه آيس كريم يذوب ولا يجد طريقه مرة أخرى إلى الحالة المجمدة. تشير الندبات الكمومية إلى السلوك المفاجئ الذي يتحدى مثل هذا الحدس الشائع: في الحالات الأولية الخاصة، يذوب الآيس كريم بشكل دوري ثم يتجمد مرة أخرى. وقد وجدت التجارب الحديثة على ذرات ريدبيرج فائقة البرودة دليلاً على سلوك مماثل حيث تمكنت الذرات من العودة إلى حالتها الأولية عدة مرات أثناء القياس. يسعى هذا المشروع إلى تطوير فهم الندوب الكمومية في أنظمة الذرات فائقة البرودة في الشبكات الضوئية، بهدف التنبؤ بالتجارب المستقبلية التي قد تفتح مجموعة من التطبيقات في التقنيات الكمومية الناشئة.
الوصف الكاملالتجارب الحديثة على المحاكيات الكمومية المبنية من ذرات ريدبيرج [H. اكتشف بيرنين وآخرون، Nature 551، 579 (2017)] ظاهرة ديناميكية رائعة تحدت الفكرة التقليدية لكيفية وصول الأنظمة الكمومية إلى التوازن الحراري. لقد اقترحنا مؤخرًا أول تفسير نظري لهذه الظاهرة وأطلقنا عليها اسم "ندبات الجسم المتعددة الكمومية" [Nature Physics 14, 745 (2018). بعد زيادة الاهتمام الدولي بهذا الموضوع، بما في ذلك المقالات الشائعة مثل https://www.quantamagazine.org/quantum-scarring-appears-to-defy-universes-push-for-disorder-20190320/، سيساهم هذا المشروع في السعي المستمر لفهم أصول الندبات الكمومية متعددة الأجسام وتجسيدها المادي ديناميكيات العديد من الأجسام وأطوار المادة، واستكشاف إمكانات الندوب لتطبيقات تكنولوجيا الكم
ستركز المرحلة الأولية للمشروع على: (1) التعرف على ديناميكيات الكم، والتحويل الحراري، والظواهر ذات الصلة (التكامل، وتحديد موقع العديد من الأجسام)، و(2) تعلم كيفية محاكاة أنظمة الكم متعددة الأجسام عدديًا (على سبيل المثال، استخدام Python، أو Julia، أو C++، أو أي لغة مفضلة). على وجه الخصوص، سوف تتعلم كيفية تطبيق مفاهيم المعلومات الكمومية، مثل حالات منتج المصفوفة وشبكات الموتر، لتوصيف الديناميكيات والحرارة.
خلفية الطالب المرغوبة: نحن نبحث عن طلاب فيزياء موهوبين وذوي دوافع عالية لمتابعة هذا المشروع في المجال العام لفيزياء الأجسام المتعددة الكمية، والذي يتقاطع مع مجالات المعلومات الكمومية وفيزياء المادة المكثفة. أحد المكونات المهمة للمشروع هو النمذجة العددية لأنظمة الأجسام المتعددة الكمومية من خلال أساليب القطر الدقيق والشبكات الموترة، لذا فإن المشروع مناسب بشكل خاص لأولئك الذين لديهم اهتمام قوي بالفيزياء الحاسوبية والمحاكاة العددية.
للحصول على مقدمة يسهل الوصول إليها حول مجال الندبات الكمومية متعددة الأجسام، راجع مقال المراجعة الأخير لدينا: https://arxiv.org/abs/2011.09486
