Eine zentrale Entwicklung der laufenden zweiten Quantenrevolution ist die Fähigkeit, die einzelnen Quantenfreiheitsgrade (z. B. in neutralen Atomen, Ionen, supraleitenden Schaltkreisen, Gitterdefekten usw.) und ihre Wechselwirkungen mit höchster Präzision zu kontrollieren und zu beobachten. Daraus ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für die Grundlagenforschung und für technologische Anwendungen. Quantensimulatoren sind experimentelle Plattformen, die bestimmte Materiemodelle auf maßgeschneiderte Weise realisieren und direkten Zugang zu den relevanten Observablen ermöglichen: Sie verkörpern somit Feynmans ursprüngliche Vision, den Fluch der Dimensionalität zu umgehen, indem die Simulation selbst in einem Quantenaufbau durchgeführt wird. Letztendlich besteht das Ziel darin, QS für immer komplexere Materiemodelle im und außerhalb des Gleichgewichts zu entwickeln, um zentrale Probleme der Quantenvielteilchenphysik und Quantenchemie anzugehen, z. B. Hochtemperatursupraleitung oder chemische Reaktionsdynamik. Die Verfügbarkeit von QS im Frühstadium zusammen mit hochentwickelten numerischen Techniken, die die klassischen Rechenkapazitäten immer weiter ausreizen, bringt uns heute in die aufregende Situation, dass beide voneinander abhängig sind, um sich gegenseitig zu bestätigen, während sie sich auf ansonsten unerforschtes Terrain begeben. Jüngste Beispiele aus unserem Hause sind:
- “Quantum simulation of the tricritical Ising model in tunable Josephson junction ladders”, link to the paper.
- “Cold Atoms meet Lattice Gauge Theory”, link to the paper.