Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2017

Robustheit von dreidimensionaler topologischer Fraktonordnung

Prof. Dr. Kai Phillip Schmidt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Theoretische Physik

Prof. Dr. Leon Balents
University of California, Santa Barbara
Asylum Research


Quantensysteme mit topologischer Ordnung spielen eine zentrale Rolle in der modernen Physik, da sie spektakuläre physikalische Eigenschaften wie Fraktionalisierung und langreichweitige Verschränkung aufweisen. Diese Eigenschaften sind charakteristisch für einen neuartigen Materialtyp, genannt Quantenspinflüssigkeiten, und sind entscheidend für das Konzept sogenannter topologischer Quantencomputer und topologischer Quantenspeicher. Der größte Vorteil von diesen topologischen Konzepten für die Quanteninformationstechnologie ist der Schutz gegenüber lokaler Dekohärenz auf der Hardwareebene, die bei allen anderen existierenden Konzepten zur Realisierung von Quantencomputern ein großes Problem darstellen. Viele Studien haben sich bislang auf zweidimensionale Quantensysteme mit punktartigen fraktionalen Anregungen fokussiert. In diesem Projekt wollen wir uns nun den viel weniger untersuchten topologischen Quantenphasen in drei Dimensionen mit sogenannter topologischer Fraktonordnung (english: "fracton topological order") zuwenden. Diese dreidimensionalen Phasen sind besser gegen thermische Dekohärenz geschützt als die topologisch geordneten Systeme in zwei Dimensionen und sie haben außerdem einen größeren logischen Rechenraum, in dem Quanteninformation gespeichert und verarbeitet werden kann. Wir wollen in diesem Projekt die Robustheit von topologischer Fraktonordnung untersuchen sowie realistische Modelle entwickeln, die diese faszinierenden Zustände der Quantenmaterie realisieren.