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Abstract: I recenti progressi in varie aree della fisica hanno dimostrato la nostra capacità di controllare gli effetti quantistici in sistemi e materiali personalizzati, aprendo così la strada a un futuro promettente per le tecnologie quantistiche.
Tuttavia, l’emergere di tali dispositivi quantistici richiede di esplorare questioni scientifiche aperte, sia sperimentali che teoriche, per rafforzare nuove applicazioni e fornire prospettive innovative.
Questo progetto è dedicato ad un argomento che sarà al centro dei dispositivi quantistici, ovvero lo studio e il controllo delle proprietà fuori equilibrio dei sistemi quantistici a molti corpi.
In particolare, il nostro consorzio si concentrerà sul comportamento dei sistemi quantistici, quando essi vengono attraversano una transizione di fase.
Un famoso approccio per comprendere i quench relativamente lenti attorno a una transizione di fase è noto come meccanismo di Kibble-Zurek ed è già stato studiato in numerosi contesti diversi.
Il successo di questo paradigma piuttosto semplice nasconde molte interessanti questioni aperte, sia da un punto di vista fondamentale che pratico, come, ad esempio, il ruolo del rilassamento in tali protocolli.
Oltre a questo esempio paradigmatico, indagheremo anche sistemi con interazioni a lungo raggio, con differenti dimensionalità e protocolli di quench più complessi.
Questi studi sono motivati ​​dalla nostra volontà di migliorare il controllo dell’evoluzione temporale dei sistemi quantistici, che è una questione cruciale per inizializzare stati quantistici privi di difetti e far funzionare in modo robusto qualsiasi simulatore quantistico.
Per sviluppare una comprensione completa del comportamento dei sistemi quantistici in prossimità del regime critico combineremo esperimenti avanzati con gas quantistici ultrafreddi e idee teoriche innovative di fisica della materia condensata, ottica quantistica, fisica statistica e quantum information.
I gas quantistici sono una piattaforma unica per fornire ai sistemi modello il livello di flessibilità e controllo necessario per il nostro ambizioso obiettivo.
La loro pulizia e la loro robustezza alla decoerenza miglioreranno notevolmente l’efficiente interazione tra teoria ed esperimenti.
Infine, data la rilevanza interdisciplinare del problema della dinamica di non equilibrio qui affrontato, si prevede che i risultati di questo progetto avranno un impatto scientifico potenzialmente ampio.

Esperimenti/Studi INO correlati:
Experiments with ultra-cold atoms: Study of defects across phase transitions

Risultati scientifici:
1) Production of large Bose-Einstein condensates in a magnetic-shield-compatible hybrid trap
2) Dynamical equilibration across a quenched phase transition in a trapped quantum gas
3) Optical Visibility and Core Structure of Vortex Filaments in a Bosonic Superfluid
4) Quench dynamics of an ultracold two-dimensional Bose gas
5) Design and characterization of a compact magnetic shield for ultracold atomic gas experiments
6) Observation of Magnetic Solitons in Two-Component Bose-Einstein Condensates
7) Single-shot reconstruction of the density profile of a dense atomic gas
8) Measurement of the Canonical Equation of State of a Weakly Interacting 3D Bose Gas
9) Kibble-Zurek dynamics in a trapped ultracold Bose gas
10) Manipulation of an elongated internal Josephson junction of bosonic atoms
11) Quantum-torque-induced breaking of magnetic interfaces in ultracold gases
12) Measurement of the order parameter and its spatial fluctuations across Bose-Einstein condensation