麻省理工學院MIT線上課程：量子材料的量子模擬

本研究課題隸屬於MIT電子學實驗室

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在過去的幾十年中，在使用基於原子/分子/離子系統的實驗平臺進行量子模擬方面取得了重大進展。合成量子系統可以模擬的設計哈密頓量的成分包括光物質相互作用、原子或分子之間的強相互作用以及對外部磁場和/或電場的控制。進一步利用量子模擬的力量，開發可用於實現我們感興趣的模型的新的實驗可行協定至關重要。

本研究課題隸屬於MIT電子學實驗室，研究小組的長期目標是開發一種新方法，以在量子力學方面決定其行為和特性的狀態下操縱多體狀態。一方面，這將導致一種新工具，使人們能夠探測物理定律並以更高的精度測量基本常數。另一方面，實驗方法的進步也驅使我們對量子力學的神秘，美麗，準確，卻又令人深深不滿意的結構有了更深入的瞭解。理論概念和實驗實現之間的這種相互作用有望在諸如量子控制，量子回饋及其限制，多粒子量子系統和多粒子糾纏（量子計算）等領域變得非常肥沃。

科研主題：
量子材料的量子模擬

科研導師：
MIT Research Laboratory of Electronics資深博士後研究員；多個SCI期刊審稿人。側重量子資訊科學，原子物理學，量子計算，量子光學等領域的研究。

適合對象：
欲申請世界名校名校物理、數學、量子資訊科學等相關專業的高中生、大學生、研究生；

專業背景：
數學、電腦程式設計、物理和電子工程等相關專業等

科研形式：
實地科研或者遠端線上科研，導師授課+練習實戰結合，完成課題學習、選題、研究實戰及報告撰寫；

科研週期：
實地科研：寒暑假期間前往美國大學校內，每期時長為4周（針對假期不足4周的同學，可採取實地+遠端相結合的方式）
遠程科研：學生與導師約定開始時間，線上交流進行科研學習和探討，每期時間時長4-12周，具體根據學生完成任務的進度確定完成時間。

科研過程：
phase 1：課題基礎知識學習，課程+文獻閱讀
phase 2：確定研究課題，討論研究思路以及研究進展
phase 3：彙報答辯+報告撰寫

※如要詢問細節，請點我Line達仁

研究課題：
量子材料的量子模擬

關鍵字：
量子物理，凝聚態物理，量子類比，原子物理

研究強相互作用量子粒子的多體物理學處於許多領域的前沿，包括凝聚態物理學和高能物理學。由於多體系統的複雜性，許多實驗觀察到的現象仍然沒有完全令人滿意的解釋（一個著名的例子是與高溫超導有關的謎題）。

由於希爾伯特空間的維數隨著所涉及的量子粒子數量呈指數增長，因此以數值方式解決這些多體問題超出了經典電腦的能力。理查·費曼 (Richard Feynman) 提出了一種可以克服此類挑戰的方法。這個想法是在實驗室中建立一個控制良好的合成量子系統來模擬我們感興趣的多體系統。通常被稱為“量子模擬器”，由於對參數的精確控制和設計相應哈密頓量的自由，這種合成量子系統提供了一個有前途的平臺來研究多體物理學的許多難題。

此項目適合具有量子物理學、固態物理學和數值模擬背景的學生。具有使用原子/分子/離子系統進行量子模擬的基本思想的知識是首選，但不是必需的。該專案推薦給希望在凝聚態物理、原子、分子和光學物理領域發展自己職業生涯的學生。

該專案的目標是為原子系統開發新協定，這些協定可用於類比凝聚態物理和高能物理中的量子現象。我們將致力於研究可以模擬量子材料的哈密頓工程的新方法，並對實驗可觀測量進行數值模擬。感興趣的潛在問題包括但不限於：Floquet 物理學、失衡系統的熱化、量子相變和拓撲物理學。

要求：
[1] 參與該計畫需要量子物理學、固態物理學和基本程式設計技能方面的知識。具有多體物理學、場論和原子物理學方面的先進知識者優先。如果沒有，將在課程中簡要介紹與原子系統量子模擬相關的相應背景知識，並鼓勵學生對相關主題進行更多探索。
[2] 該計畫更適合高年級本科生或研究生。強烈鼓勵學生在此計畫中提出他們的想法。

• 》知識提升：深入學習該領域知識和研究方法，積累科研經歷和經驗；
• 》論文能力：完成學術科研報告或者科研論文；
• 》競爭優勢：優秀學員將獲得導師推薦信，助力世界名校申請；
• 》競爭優勢：學術成果有機會在專業國際學術期刊或EI/CPCI國際會議收錄發表；
• 》競爭優勢：積累學術領域人脈；
• 》潛在機會：有機會參加校內的講座/專家研討/學術活動等。

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