Complex Networks on Quantum States in AMO Platforms

AMO 平台中量子态的复杂网络

基本信息

  • 批准号:
    1806372
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Complexity science is one of the deep outstanding problems of the 21st century. What are the origins of complexity generally? Does it appear at the quantum level? If so, how can it be quantified and what exactly does it imply? This work will address these questions in three concrete experimental contexts in quantum simulator platforms, promoting national interests through the progress of science. This work will expand atomic, molecular, and optical physics and quantum information science further into complexity science, providing a concrete way to quantify complexity of quantum states. It will provide an interdisciplinary connection to statistical physics and complex network science, applied up till now mainly at the classical level. The semiconductor technological revolution is based heavily on single-particle quantum mechanics, from band theory to quantum tunneling; the next step in quantum technology will certainly involve entanglement. This proposal will explore complexity science as a key component of that next revolution, by determining the complexity of entanglement.This team will explore the complexity of quantum critical phenomena by applying complex network measures to quantum mutual information, bounded from below by all two-point correlators. What is the role of finite temperature and disorder in complexity? How does complexity depend on different universality classes? Second, this team will study the emergence of complexity in quantum cellular automata, in particular in Goldilocks rules, which exhibit robust dynamical features and persistent entropy fluctuations. What are the dynamical properties of complexity? Does it decohere easily? How sensitive is it to gate fidelity in quantum operations, or precision of a Hamiltonian realized in a quantum simulator? Third, this team will apply complex network measures to higher order phase correlators in atom interferometry. Does complexity depend on the order of the correlator? What new features might be unlocked in the high-dimensional spaces of such correlators with a complexity perspective? Moreover, this grant supports the training of undergraduate and graduate students in critical analysis for scientific problem solving and rigorous numerical techniques for high-performance parallel computing, which are key to success in a number of arenas in society, from the materials genome initiative to the space program to quantum computing and the next stage of quantum technology.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
复杂性科学是21世纪的深刻问题之一。 复杂性的起源通常是什么? 它出现在量子水平上吗? 如果是这样,如何量化它?它到底暗示着什么? 这项工作将在量子模拟器平台的三个具体实验环境中解决这些问题,从而通过科学进步来促进国家利益。 这项工作将扩大原子,分子和光学物理和量子信息科学的进一步扩展到复杂性科学,从而提供一种量化量子状态复杂性的具体方式。 它将提供与统计物理和复杂网络科学的跨学科联系,直到现在到现在为止,主要是在经典层面上。 半导体技术革命主要基于单粒子量子力学,从带理论到量子隧道;量子技术的下一步肯定会涉及纠缠。 该提案将通过确定纠缠的复杂性来探索复杂性科学作为下一革命的关键组成部分。该团队将通过将复杂的网络措施应用于量子互信息来探索量子关键现象的复杂性相关器。 有限温度和无序在复杂性中的作用是什么? 复杂性如何取决于不同的普遍性类别? 其次,该团队将研究量子细胞自动机中复杂性的出现,特别是在Goldilocks规则中,这些规则表现出强大的动力学特征和持续的熵波动。 复杂性的动力学特性是什么? 它容易装饰吗? 在量子模拟器中实现的量子操作或哈密顿量的精度,门的忠诚度有多敏感? 第三,该团队将在原子干涉仪中应用复杂的网络度量。 复杂性是否取决于相关器的顺序? 具有复杂性的相关器的高维空间中可能会解锁哪些新功能? 此外,该赠款支持对科学问题解决和严格的数值技术的批判性分析的培训,用于高性能平行计算,这是社会上许多竞技场成功的关键,从材料基因组倡议到材料基因组计划到量子计算的太空计划和量子技术的下一个阶段。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子和更广泛影响的评论标准来评估值得支持的。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Layered chaos in mean-field and quantum many-body dynamics
平均场和量子多体动力学中的分层混沌
  • DOI:
    10.1103/physreva.99.063609
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Valdez, Marc Andrew;Shchedrin, Gavriil;Sols, Fernando;Carr, Lincoln D.
  • 通讯作者:
    Carr, Lincoln D.
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杂质对暗-亮孤子的散射
  • DOI:
    10.1088/1361-6455/ab2cfb
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Alotaibi, Majed O;Carr, Lincoln D
  • 通讯作者:
    Carr, Lincoln D
Thermalization in the quantum Ising model—approximations, limits, and beyond
  • DOI:
    10.1088/2058-9565/ab1a71
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Daniel Jaschke;L. Carr;I. de Vega
  • 通讯作者:
    Daniel Jaschke;L. Carr;I. de Vega
Spontaneous Exact Spin-Wave Fractals in Magnonic Crystals.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.121.107204
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    D. Richardson;B. Kalinikos;L. Carr;Mingzhong Wu
  • 通讯作者:
    D. Richardson;B. Kalinikos;L. Carr;Mingzhong Wu
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Sundar, Bhuvanesh;Valdez, Marc Andrew;Carr, Lincoln D.;Hazzard, Kaden R. A.
  • 通讯作者:
    Hazzard, Kaden R. A.
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