FWF-Verschränkungen - Quantenfronten und Verschränkung durch Inhomogenitäten

Statistische Mechanik lehrt uns, wie die Gleichgewichtsphysik der Quanten-Vielteilchensysteme durch das einfache Konzept der thermischen Ensembles entsteht; die äußere Welt wirkt als ein Wärmebad, das die Temperatur festlegt. Für geschlossene Quantensysteme ist es jedoch nicht klar, wie sich makroskopisches Gleichgewicht aus der zu Grunde liegenden mikroskopischen Dynamik ergeben könnte. Wie entstehen die gemischten Ensembles der statistischen Mechanik aus der unitären Zeitentwicklung reiner Zustände? In den letzten beiden Jahrzehnten wurden solche grundlegenden Fragen intensiv erforscht und viele Aspekte des Problems identifiziert und verstanden. Die Begriffe der Thermalisierung sind sogar auf integrierbare Modelle verallgemeinert worden, wo die Ergodizität durch die extensive Menge von Erhaltungsgrössen, die in die entsprechenden statistischen Ensembles eingebaut werden müssen, gebrochen wird. Obwohl integrierbare Systeme nicht generisch sind, stellt sich heraus, dass ihre speziellen Relaxationsmerkmale auf intermediären Zeitskalen überleben, wenn die Integrierbarkeit des Systems leicht gestört wird. Darüber hinaus kann die Anwesenheit von Unordnung auch in generischen wechselwirkenden Systemen zu einer vollständigen Brechung der Ergodizität führen. Dieses Phänomen ist als Vielteilchen-Lokalisierung bekannt. Die Dynamik von integrierbaren Systemen führt nicht nur zu verallgemeinerten thermischen Ensembles, sondern kann erhaltene Ströme unterstützen, die nicht mit der Zeit abklingen, die Thermalisierung verhindern und zur Bildung von Nichtgleichgewichts stationären Zuständen (NGSS) führen. Dies erfordert makroskopische Inhomogenitäten in dem Anfangszustand, die sich unter der Dynamik ballistisch verbreitern. In dem Projekt "Quantenfronten und Verschränkung durch Inhomogenitäten" werden wir einige Schlüsselmerkmale der Dynamik verschiedener integrierbarer Modelle fern vom Gleichgewicht untersuchen, die viel weniger verstanden sind als die Relaxation aus homogenen Anfangszuständen. Es gibt viele offene grundsätzliche Fragen, auf die wir uns eingehen werden. Erstens, kann die Form der NGSS für integrierbare Systeme vorhergesagt werden, indem nur einige Hauptmerkmale der Nichtgleichgewichtsanfangsbedingung berücksichtigt werden? Zweitens, kann man bei der Relaxation gegenüber dem NGSS, d.h. bei der Ausbreitung von Fronten, die durch die Inhomogenität induziert werden, einige universelle Eigenschaften beobachten? Drittens, wie kann die Erzeugung der Verschränkung in der Front charakterisiert werden und was ist die asymptotische Struktur der Verschränkung in dem NGSS? Viertens, wie robust sind die oben genannten Eigenschaften gegen die Störung der Integrierbarkeit? Schließlich, wie wird der Transport durch Vielteilchen-Lokalisierung behindert? Wir werden diese Fragen mit einer Anzahl von verschiedenen analytischen (Bethe Ansatz, konforme Feldtheorie) und numerischen (Matrix Produkt Zustände) Methoden für bekannte Spin-Ketten-Modelle, die am wichtigsten für aktuelle Kalt-Atom-Experimente sind, bearbeiten.