Descrizione del modulo "Sistemi confinati, fenomeni critici e dinamica coerente (MD.P05.027.002)"

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  • Descrizione del modulo "Sistemi confinati, fenomeni critici e dinamica coerente (MD.P05.027.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Mantenere un polo orientato verso le tecnologie avanzate in una regione meno favorita economicamente. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca sono riassunte dalle seguenti linee: (1) Controllo quantistico di nanodispositivi coerenti: design di sistemi accoppiati di qubit single-electron e/o dispositivi nanoelettromeccanici per protocolli di controllo avanzato; effetti del rumore broadband e correlato in reti di nanodispositivi quantistici. Porte logiche adiabatiche. Performance di protocolli multiqubit in presenza di rumore a larga banda. (2) Design di sensori mesoscopici per la misura di rumore quantistico nello stato solido e studio dei limiti imposti dalla backaction. (3) Modelli di canali a stato solido con memoria per Comunicazione quantistica in canali a stato solido: modelli hamiltoniani di rumore con effetti di memoria. (4) Controllo quantistico di fotocorrenti in sistemi di molte particelle chirali (graphene). (5) Sistemi quantistici fortemente correlati. Entanglement in sistemi di molti corpi. Fenomeni non perturbativi in fisica dello stato condensato a bassa dimensionalità. (literal)
Competenze
  • I gruppi teorici della commessa possiedono competenze specifiche nella fisica dei sistemi elettronici confinati, nella dinamica dei sistemi Josephson mesoscopici, in transizioni di fase quantistiche, su metodi di soluzione esatta di sistemi integrabili per elettroni fortemente correlati. Ciò è chiaramente dimostrato dal numero di pubblicazioni dei partecipanti, in riviste internazionali a grande fattore di impatto e numero di citazioni (ad esempio G. Falci et. al., Nature 407, 355 (2000); A. Osterloh et al., Nature 416, 608 (2002); E. Paladino et al. Phys. Rev. Lett. 88, 228304 (2002); L. Amico et al. Rev. Mod. Phys. 80, 517 (2008)). E' anche presente una specifica competenza su metodi numerici, e sono stati recentemente sviluppati codici per la simulazione di dinamica quantistica con rumore correlato. Sono presenti infine competenze su Bethe ansatz, teorie di campo integrabili e scattering inverso quantistico. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati sperimentali conseguiti avranno potenziali applicazioni nella tecnologia del materiali per l'elettronica, di interesse per l'industria microelettronica. (literal)
Tecnologie
  • Le ricerche teoriche utilizzeranno metodi analitici e numerici quali: metodi per lo studio della dinamica di sistemi quantistici dissipativi quali \"real-time path-integral approach\", inoltre si sfrutteranno metodi di calcolo sviluppati inzialmente per lo studio di dispositivi di ottica quantistica quali \"master equation\" successivamente generalizzati per lo studio di sistemi a stato solido in cui sono presenti forti effetti non-Markoviani. Fra i metodi numerici ci si avvarrà di simulazioni stocastiche della dinamica di sistemi complessi in presenza di rumore classico correlato e non (\"stochastic Schroedinger equation\"). Si adopereranno anche metodi numerici di diagonalizzazione esatta. Metodi di analisi non perturbativa di sistemi quantistici di molti corpi. Lo studio è supportato da tecniche di calcolo numerico. (literal)
Obiettivi
  • (1) Proposte di implementazione in stato solido di protocolli avanzati di controllo quantistico(STIRAP, algoritmo di Deutch), in presenza di rumore a larga banda. (2) Analisi dei limiti imposti dalla backaction per l'uso di oscillatori (lineari e non lineari) nella misura di momenti di ordine superiore del rumore in sistemi mesoscopici. (3) Elaborazione di un modello hamiltoniano di canali di defasamento e depolarizzazione con memoria ed effetto nella trasmissione di informazione quantistica con bus e ripetitori). (4) Analisi e proposta di esperimento per il controllo quantistico di fotocorrenti in graphene. (5) Studio teorico del rapporto tra entanglement e criticalità in sistemi quantistici a molti corpi e di simulatori quantistici della dinamica di sistemi critici. (literal)
Stato dell'arte
  • La fabbricazione di sistemi nanometrici ed il controllo della loro dinamica coerente sono argomenti centrali nel settore delle nanotecnologie. Passi importanti in questa direzione sono stati compiuti negli ultimi anni, con la dimostrazione di dinamica coerente in nanodispositivi. Nel contempo sono state sviluppate varie tecniche, ad esempio nel settore delle misure ultrasensibili di carica e momenti superiori del rumore. L'impegno finanziario nel settore di istituzioni ed agenzie, è attualmente volto allo sviluppo della fabbricazione e del controllo di sistemi multiqubit, e dell'integrazione di sistemi coerenti su differenti piattaforme. Il grande problema è quello di ottimizzare la possibilità di accoppiamenti forti con la presenza di porte per il rumore. In parallelo la possibilità di impiego di tecniche basate sullo entanglement per la realizzazione di obiettivi di natura tecnologica, ha stimolato l'emergenza del nuovo settore delle Quantum Technologies. Infine la disponibilità di nuovi materiali con portatori di carica chirali, come la graphene recentemente isolata in singoli strati, ha aperto nuove possibilità di controllo quantistico di gradi di libertà microscopici. (literal)
Tecniche di indagine
  • Per la descrizione quantitativa dell'entanglement negli stati fondamentale o termico del sistema si impiegheranno tecniche non perturbative che permettono un accesso analitico esatto sia allo spettro che alle funzioni di correlazione del sistema. La applicazione di questo approccio porterà al calcolo delle funzioni di correlazione di non equilibrio nel modello XY anisotropo. L'accesso alla dinamica delle funzioni di correlazione, propedeutico alla dinamica di quench del sistema, sarà sviluppato tramite master equation ed in taluni casi rilevanti tramite un equazione cinetica nel formalismo di Keldish. Gli effetti topologici saranno studiati in certi sistemi tipo ladder che ammettono una descrizione in termini di fermioni di Majorana. La tecnica dello scattering quantistico inverso sarà estesa ai sistemi bosonici tramite una trasformazione algebrica che permetterà il mapping di algebre di Lie compatte in algebre di Lie non compatte. (literal)
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