Völgy szabadsági fok klasszikus és kvantumbitekben

Z. Darázs

Péter Földi

A kutatás olyan fizikai rendszerek vizsgálatára irányult, amelyekben a különböző szabadsági fokok közötti kvantumos összefonódottság kitüntetett szerepet játszik. Megmutattuk, hogy kétállapotú atomok dipól-csatolt láncában közeli atomok estében ezek a fajta kvantumos korrelációk a környezet hatásai ellenére növekedhetnek is. A téma igen közel esik a kvantumos információfeldolgozás gyakorlati megvalósításának a problémájához, ezzel kapcsolatos az az eredményünk, hogy síkbeli félvezető gyűrűk segítségével alapvető kvantumos kapuk realizálhatók, illetve két kimenet esetén a rendszer a Stern-Gerlach berendezés megfelelőjeként alkalmas polarizált elektronok preparálására. Szintén a spin szabadsági fok határozza meg a nagy eredő spinnel rendelkező molekulák (nanomágnesek) viselkedését is. Ezzel a rendszerrel kapcsolatban megmutattuk, hogy a kísérletekben észlelt THz tartományba eső sugárzás kibocsátási mechanizmusa a mézerek működéséhez hasonló. Emellett kiszámítottuk, hogy a kristályrács fononjai, mint a spin rendszer környezete, hogyan befolyásolják a hiszterézisgörbék lefutását. | The aim of the research was the investigation of the role of quantum mechanical entanglement in physical systems with several degrees of freedom. It has been shown that in a chain of dipole-coupled atoms, when the interatomic separation is small enough, spontaneous entanglement formation appears, despite the destructive effects of the environment. As a possible application, we demonstrated that mesoscopic rings made of semiconductor material can realize basic one-qubit logical gates. Considering molecular nanomagnets, where again the spin degree of freedom plays an important role, it was shown that the physical mechanism being responsible for the experimentally observed THz radiation is a maser effect. Furthermore, our calculations show that the influence of the phonon environment decreases the steps seen in the hysteresis curves.

Márton Benedek

Ferenc Simon

A tanulmány a kvantummechanika 1925-ös kialakulásának körülményeit mutatja be. A 20. század elejének nagy megoldatlan problémája volt az atomok vonalas színképének értelmezése, amelyre a fizikusok a klasszikus mechanika és az ad hoc kvantumszabályok egyvelegét javasolták, azonban ez nem nyújtott teljes körű leírást. 1925 júniusában Werner Heisenberg radikális áttörést ért el: elvetette az elektronpályák klasszikus koncepcióját, és kizárólag a megfigyelhető mennyiségekre összpontosított. Az általa kidolgozott mátrixmechanika az energiaszintek közötti átmeneteket matematikai objektumokkal írta le, ezzel megalapozva a modern kvantummechanikát. Munkáját Max Born és Pascual Jordan formalizálták, majd később Erwin Schrödinger hullámmechanikája és Neumann János matematikai keretrendszere tette teljessé. Az új elmélet a klasszikus determinizmust felváltva a valószínűségek és bizonytalanságok világát hozta el, amelynek egyik kulcsfontosságú következménye a Heisenberg- féle határozatlansági reláció volt. A kvantummechanika azóta is a fizika egyik alapvető pillére, technológiai alkalmazásai pedig a modern világ minden területére kihatnak, a tranzisztoroktól a kvantumszámítógépekig.

Gergely Barcza

Ferenc Iglói, Róbert Juhász

A pályázat keretében nagy szabadsági fokú fizikai rendszerek kooperatív viselkedését vizsgáltuk rendezetlenség jelenlétében. A szingularitásokat (fázisátalakulások, Griffiths effektusok) kísérő jelenségeket tanulmányoztuk és egyensúlyi és egyensúlytól távoli folyamatokat is vizsgáltunk. A rendezetlen kvantum rendszerek esetén korábbi kutatásainkat folytatva az un. erős rendezetlenségi renormálási csoport alkalmazásával különböző egy- és kétdimenziós rendszerek fázisdiagramját és alacsony energiás gerjesztéseit vizsgáltuk. Emellett új eredményeket értünk el a kvantumállapotok összefonódását mérő Neumann-féle entrópia meghatározásánál is. Az egyensúlytól távoli rendszereknél részint az öregedés jelenségével foglalkoztunk a kritikus nemegyensúlyi relaxáció során, részint hajtott rácsgáz modelleket rendezetlenség jelenlétében vizsgáltunk. Végül, a rendezetlenség dominálta klasszikus rendszereknél fázisátalakulásokat és az azokat kísérő geometriai objektumok (klaszterek, fürtök) tulajdonságait vizsgáltuk. A projekt keretében elért eredményeket 29 idegennyelvű szakcikkben közöltük, melyek összesített impakt faktora több mint 90 és melyekre ezidáig több mint 130 független hivatkozás érkezett. A pályázat futamideje alatt egy sikeres PhD védés történt és további két PhD disszertáció védésre be van nyújtva. | Within the project the cooperative behavior of physical systems with large degree of freedom is studied in the presence of disorder. We have determined the properties of singularities (phase transitions, Griffiths effects) and studied both equilibrium and nonequilibrium processes. For disordered quantum systems we have continued our studies on the use of the strong disorder renormalization group method to obtain the phase diagram and low energy excitations of different one- and two-dimensional systems. We have also obtained new results about entanglement of quantum systems and the related von Neumann entropy. For nonequilibrium systems we have studied ageing during nonequilibrium critical relaxation, as well as driven lattice gas systems in the presence of disorder. Finally, in the third field of disorder dominated classical systems we have studied phase transitions and the related geometrical problems of clusters. Our results obtained during this project have been published in 29 papers in international journals and for these we have already obtained more than 130 citations. During the project 1 PhD dissertation has been succesfully defended and two others are submitted for defence.