Akademie Überlingen
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Arbeitsgruppe 3
Spinphänomene und Quantenkohärenz:
vom Quantensimulator zur Festplatte
Leitung
Prof. Dr. Walter Hofstetter
Institut für Theoretische Physik, Universität Frankfurt/Main
Prof. Dr. Mathias Kläui
Institut für Physik, Universität Mainz
Teilnehmer
Studierende der Physik, Mathematik, Chemie, Materialwissen-
schaften, Elektrotechnik und bei besonderem Interesse auch Stu-
dierende anderer Fächer
Wie kann man einen Quantencomputer bauen? Warum schweben Frösche im Magnet-
feld? Wie funktioniert eine Festplatte? Antworten darauf und mehr werden wir in unserer
Gruppe erarbeiten.
Magnetismus und Spinphänomene bilden die Grundlage einer Palette von Anwendun-
gen vom medizinischen Bereich bis zur stromsparenden Informationstechnologie. Aber
auch wissenschaftlich sind diese Phänomene spannend, da man mit einzelnen Spins bezie-
hungsweise Quantenbits grundlegende quantenmechanische Effekte untersuchen kann,
da Spins als Ensemble kollektive emergente Ordnungsphänomene zeigen. Außerdem er-
laubt es das Forschungsfeld der Spinphänomene besonders gut, theoretische Vorhersagen
und experimentelle Messungen eng zu verzahnen.
Seit kurzem können auch durch ultrakalte Atome in optischen Gittern künstliche Festkör-
persysteme mit hochgradig durchstimmbaren Eigenschaften, wie zum Beispiel der Wech-
selwirkung und der räumlichen Dimensionalität, realisiert werden. Dies ermöglicht es
unter anderem, magnetische oder supraleitende Quantenphasen zu realisieren und damit
Richard Feynmans visionäre Idee eines Quantensimulators für reale Festkörpersysteme in
die Tat umzusetzen.
Die große Themenbreite, die von der mathematisch anspruchsvollen Modellierung bis
zur phänomenologisch anwendungsorientierten Beschreibung reicht, erlaubt Studieren-
den verschiedener Fächer eine sinnvolle Teilnahme an unserer Arbeitsgruppe. Interesse an
Physik und entsprechende mathematische Vorkenntnisse sollten vorhanden sein.
