Gapped ground state phases of quantum lattice systems
量子晶格系统的带隙基态相
基本信息
- 批准号:2108390
- 负责人:
- 金额:$ 42.8万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-07-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The next generation of quantum technologies is poised to exploit new quantum phases of matter with properties quite unlike the well-known quantum materials exhibiting superfluidity and superconductivity. Good mathematical models for most aspects of superconductivity already exist, and superconducting materials have been successfully applied in many technological applications for decades. The new phases that will be studied in this project, however, are described in terms of particle-like entities called anyons, which have properties quite distinct from the traditional bosons and fermions that describe traditional materials (including superfluids and superconductors). Anyons are potential candidates to build quantum memory and other quantum information devices. Anyons have already been experimentally realized in fractional quantum Hall materials, and surely still hold surprises to be revealed in further studies. In this project, the principal investigator (PI) and collaborators will develop fundamental mathematical techniques required for the effective description of these new materials. This research falls squarely within NSF's Big Idea 'Quantum Leap'. Graduate and undergraduate students will be actively involved with the project and will be offered opportunities to interact with a range of researchers in pure and applied science and encouraged to pursue internships in technology companies as part of their education. Thus, the project will help prepare the workforce for the emerging quantum technology industry. Specific research problems to be pursued in this project fall in two main directions. 1) Stability of the gap above the ground state under small modifications of the interactions in the Hamiltonian. In particular, the PI will prove results for the bulk gap (away from boundaries) for systems with multiple ground states, for lattice fermion models, and for important classes of models that do not satisfy the usual frustration-freeness condition. To drop the frustration-freeness assumption will prompt us to develop new techniques. 2) Spectral properties of fractional quantum Hall (FQH) systems. Building on their recent work for the 1/3 filled case, the principal investigator and collaborators will analyze the situation of other filling fractions. The project will also study the stability of FQH phases and investigate the derivation of Haldane's pseudo-potential models beyond the existing 'finite-N' treatments.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.
下一代量子技术准备开发新的物质量子相,其特性与众所周知的表现出超流性和超导性的量子材料完全不同。超导性的大多数方面都已经存在良好的数学模型,几十年来超导材料已成功应用于许多技术应用。然而,该项目将研究的新相是用称为任意子的粒子状实体来描述的,它们的特性与描述传统材料(包括超流体和超导体)的传统玻色子和费米子完全不同。任意子是构建量子存储器和其他量子信息设备的潜在候选者。任意子已经在分数量子霍尔材料中通过实验实现,并且肯定在进一步的研究中仍然会带来惊喜。在该项目中,首席研究员(PI)和合作者将开发有效描述这些新材料所需的基本数学技术。这项研究完全属于 NSF 的大创意“量子飞跃”。研究生和本科生将积极参与该项目,并将获得与一系列纯科学和应用科学研究人员互动的机会,并鼓励他们在科技公司实习,作为他们教育的一部分。因此,该项目将有助于为新兴的量子技术行业做好劳动力准备。该项目要解决的具体研究问题主要有两个方向。 1) 在哈密顿量中相互作用的微小修改下,基态之上能隙的稳定性。特别是,PI 将证明具有多个基态的系统、晶格费米子模型以及不满足通常的无挫败条件的重要模型类别的体能隙(远离边界)的结果。放弃无挫折假设将促使我们开发新技术。 2)分数量子霍尔(FQH)系统的光谱特性。基于他们最近对 1/3 填充案例所做的工作,主要研究者和合作者将分析其他填充分数的情况。该项目还将研究 FQH 相的稳定性,并研究超越现有“有限 N”处理的 Haldane 赝势模型的推导。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值进行评估,被认为值得支持以及更广泛的影响审查标准。
项目成果
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