quantum theory, nanomechanics, decoherence, quantum information
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Quantum field theory
Panel
Physics 1
Department or equivalent
High Energy Physics Department (Wigner Research Centre for Physics)
Participants
Bernád, József Zsolt Bodor, András Geszti, Tamás Kallus, Zsófia
Starting date
2009-01-01
Closing date
2013-12-31
Funding (in million HUF)
7.000
FTE (full time equivalent)
11.00
state
closed project
Summary in Hungarian
Az elmúlt nyolcvan év egyik nagy tudományos kihívása a kvantummechanika - atomi vagy annál kisebb rendszerek elmélete - és a klasszikus mechanika közötti határ feltérképezése. Nanométeres méretű rendszerek - röviden: nano-rendszerek - óriási alkalmazási lehetőségeik mellett egyedülálló alkalmat kínálnak ennek a kérdésnek a tanulmányozására is. Kelvin alatti hőmérsékletre lehütött kicsiny rezgő nyelvek: ez az a rendszer, amelyen ma megpillantani reméljük a kvantum-klasszikus határt. A kísérleti munka a világ sok laboratóriumában rohamléptekkel halad efelé, és mi ezekhez a kísérletekhez szándékozunk ellenőrizhető előrejelzéseket kidolgozni. Ha van bármi esély, hogy a standard kvantummechanikától való eltéréseket kísérletekben megfigyeljünk, ami kutatásainknak régóta kitüntetett része, a nanomechanikai rendszerek ebben a tekintetben a legígéretesebb jelöltek. Félvezető nanoszerkezeteken is tervezünk elméleti kutatást; ezek változatos és bonyolult kvantumjelenségeket mutatnak, amelyek megértése lényeges lépés a félvezető eszközök további miniatürizálása felé. Ezek a rendszerek egyben a kvantumos információkezelés lehetséges jövőbeli eszközei is, és elméleti munkánk hozzájárulhat a terület valóban hasznos alkalmazásainak kifejlesztéséhez.
Summary
Understanding the nature of the borderline between quantum mechanics - the theory of atomic- and subatomic-size systems - and classical mechanics, has been a great challange for eighty years. Nanometer-size systems - briefly: nano-systems - beside their immense potentialities for applications, carry a great promise in that respect too. Nano-mechanics of tiny vibrating reeds, cooled down to sub-Kelvin temperatures, is just where one hopes to see the quantum-classical border. Experimental work in this direction is rapidly progressing in many laboratories worldwide, and we are planning theoretical research in that field, to formulate valid signatures for those experiments. If any experimental system has a chance to reveal deviations from standard quantum mechanics, a main objective of our scientific efforts for many years, nano-mechanical systems are outstanding candidates to study. We are also envisaging theoretical research on semiconducting nanostructures. Those systems exhibit various complicated quantum phenomena, and clarifying their details is an important step towards further miniaturization of semiconducting devices. They are an important playground for quantum information processing too, and our theoretical efforts are relevant in enhancing the potential usefulness of that field.
Final report
Results in Hungarian
A kvantumos-klasszikus határon, nano-testeken kvantum-monitorozott kísérleteket sokfelé végeznek. Hamarosan tesztelhetik teóriánkat (Diósi-Penrose 1986-1996), mely spontán hullámfüggvény-kollapszusokat tételez fel. Az elmélet finomítása fontos célunk volt, de a kvantum monitorozás és mérés elméletei is, melyek egyszerre fontosak a kísérletekben és koncepcionálisan is.
Spontán kollapszus elméletünket továbbfejlesztve a Newton gravitációs erő kicsiny nem-relativisztikus késleltetését tételeztük, új kísérleti effektusokat jósoltunk.
Kvantum-klasszikus hybrid dinamikát vezettünk le anyag és Newtoni gravitáció csatolására.
A nyitott kvantumredszerek befutó-kifutó mezők modelljét (Gardiner-Collet, 1985) részletesen vizsgáltuk a nem-markovi esetre, mutatva a monitorozhatóság lehetőségét és korlátait.
Modellt írtunk le a hullámfüggvény markovi monitorozására, csatolt Ito-stochasztikus Schrödinger egyenletekkel.
Utószelektált gyenge mérést (Aharonos-Albert-Vaidman 1988) kapcsolatba hoztuk a fázis-kontraszt mikroszkópiával, jelentősen kitágítva a mérések érvényességi tartományát.
Elsőként mutattunk példát, hogy szochasztikus Schrödinger egyenletek léteznek pozitív, de nem teljesen-pozitív félcsoportokra (értsd: nem-Lindblad mászter egyenletekre) is.
Kvantum-Információ Elmélet és Kvantumelmélet monográfiát/tankönyvet publikáltunk, három konferencia kötetet szerkesztettünk, 20 meghívott nemzetkozi konferencia-előadást tartottunk, és további 15 előadást.
Results in English
On the quantum-classical boundary, quantum-monitored experiments on nano-objects are undergoing in many labs. Soon they can test our theory (Diosi-Penrose 1986-1996) which assumes spontaneous wave function collapses on the nano-scale. Refining this theory has been our important goal, together with theories of monitoring and measurement equally important in nano-experiments and foundations.
By extending our theory of spontaneous collapse, we have assumed tiny non-relativistic delay of Newton gravitational force, predicted new effects that are testable.
We have derived quantum-classical (hybrid) dynamics to couple matter and Newton gravity.
In the input-output field theory of open quantum systems (Gardiner-Collet, 1985) we have detailed the non-markovian case, pointed out possibilities and limitations of monitoring.
We have described a model of markovian monitoring the wave function, in the form of coupled Ito-stochastic Schrödinger equations.
We have related the post-selected weak measurement (Aharonos-Albert-Vaidman 1988) to phase-contrast microscopy, thus essentally extending the range of these measurements.
We have shown the first example that stochastic Schrödinger equations also exist for positive but non-completely-positive semi-groups (i.e.: for non-Lindblad master equations).
We published Quantum Information Theory and Quantum Mechanics monography/textbook, edited three proceedings. gave 20 invited conference talks, 15 further talks.
