Badania naukowe

CFT PAN kieruje się postanowieniami Europejskiej Karty Naukowca.

Tytuł projektu
Kierownik zadania
Koordynatorzy zadania
No items found.
No items found.
No items found.
No items found.
Zadanie statutowe nr. 1: Astrofizyka

1. Nazwa zadania:

Astrofizyka

2. Cel realizacji zadania:

Astrofizyka jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin fizyki na świecie, ponieważ pozwala na testowanie praw fizyki w warunkach ekstremalnych. Badania teoretyczne procesów zachodzących w źródłach kosmicznych, prowadzone zarówno metodami analitycznymi jak i przy użyciu zaawansowanych technik komputerowych, są wspierane przez obserwatoria kosmiczne. Satelity rentgenowskie i gamma, takie jak Chandra X-ray Observatory, Swift i Fermi, kierowane przez NASA, XMM Newton i INTEGRAL, operowane przez Europejską Agencję Kosmiczną, dostarczają wciąż nowych ekscytujących informacji. Spodziewane są niedługo także nowe obserwacje, dzięki nowej misji Athena. W przygotowaniu są też obserwatoria naziemne, takie jak Large Synoptic Survey Telescope (LSST), które dadzą bezprecedensowy wgląd w dynamikę procesów zachodzących w źródłach kosmicznych.

Dzięki nim możliwe jest weryfikowanie modeli struktury i ewolucji obiektów takich jak odległe kwazary, pobliskie aktywne galaktyki, Centrum Drogi Mlecznej, ultrajasne źródła rentgenowskie, czarne dziury w układach podwójnych z gwiazdami, a także błyski promieniowania gamma.

Celem naukowym naszych badań jest modelowanie zjawisk zachodzących w silnym polu grawitacyjnym astrofizycznej czarnej dziury. Uczestniczy w nich namagnesowana, zjonizowana, często relatywistyczna plazma, emitująca promieniowanie w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego i pochłaniana przez centralny obiekt w procesie akrecji. Może temu towarzyszyć stały lub epizodyczny wyrzut strug materii w kierunkach osi rotacji czarnej dziury a prostopadle do płaszczyzny dysku.

Modelowanie procesów blisko czarnej dziury wymaga badania dynamiki materii i rozchodzenia się światła w ramach ogólnej teorii względności, nawet włączenia procesów jądrowych (w przypadku małomasywnych czarnych dziur). Badanie procesów w nieco większej odległości od centralnej czarnej dziury wymaga z kolei bardzo złożonych obliczeń transferu promieniowania przez materię, z uwzględnieniem procesów atomowych (jonizacja, rekombinacja). Szczególnie trudne jest uwzględnienie efektów pola magnetycznego na dynamikę materii. Badania wymagają bardzo zaawansowanych kodów numerycznych.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne:

Temat astrofizyki realizowany w Centrum Fizyki Teoretycznej dotyczy badań podstawowych, ponieważ proponuje oryginalne prace badawcze w zakresie fizyki teoretycznej, podejmowane przede wszystkim w celu zdobywania nowej wiedzy o podstawach zjawisk i obserwowanych faktów. Nie jest nastawiony na bezpośrednie praktyczne zastosowanie lub użytkowanie.

Nasze prace dotyczą natury astrofizycznych czarnych dziur, będących źródłami potencjału grawitacyjnego umożliwiającego emisję olbrzymich ilości energii. Szczególna uwaga kierowana jest na aspekty możliwej unifikacji opisu obiektów w bardzo szerokiej skali, od kilku mas Słońca do kilkuset milionów, na podstawie wspólnej fizyki procesów zachodzących w ich otoczeniu. To pogłębione zrozumienie natury jasnych obiektów, obserwowanych z odległości kosmologicznych, otwiera z kolei możliwość zastosowania tych obiektów jako próbników dynamik Wszechświata na tych odległościach, czyli testowania modeli kosmologicznych, w szczególności tempa ekspansji Wszechświata, i możliwości wykazania odstępstw w obserwowanej przyspieszonej ekspansji od opisu przez stałą kosmologiczną. To z kolei jest otwieraniem drogi do poszukiwań nowej fizyki w oparciu o bezpośrednie testy obserwacyjne w skali Wszechświata.

Aktywność grupy astrofizycznej w CFT PAN, prowadzonej przez dr hab. Agnieszkę Janiuk, wspierana jest dzięki grantowi z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego: OPUS (2017-2020). Aktywność grupy astrofizycznej prowadzonej przez prof. dr hab. Bożenę Czerny wspierana jest przez grant Maestro (2018 – 2023). Obie grupy ze sobą współpracują. Korzystamy ponadto z zasobów obliczeniowych w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN, w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania UW oraz w sieci PL-GRID.

Zadanie statutowe nr. 2: Ewolucja kwantowych układów otwartych a przejście kwantowo-klasyczne

1. Nazwa zadania

Rola środowiska jako nośnika informacji i Spektralne Struktury Rozgłoszeniowe

2. Cel realizacji zadania

Badania mają charakter podstawowy. Ich celem jest wyjście poza standardowe, w teorii układów otwartych, traktowanie środowiska tylko jako źródła szumu i zrozumienie jego roli jako potencjalnego nośnika informacji o kwantowym układzie. W szczególności jaka informacja i w jaki sposób może zgromadzić się w środowisku w trakcie ewolucji i jak wpływa to na układ. Swej przydatności tu dowiodły niedawno zaproponowane tzw. Spektralne Struktury Rozgłoszeniowe - pewne wielocząstkowe stany kwantowe, opisujące rozproszone zakodowanie informacji w środowisku i odpowiedzialne za pewną operacyjną formę jej obiektywizacji. Badania warunków powstawania tych struktur oraz ich samych są również jednym z celów badawczych.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

Przejście kwantowo-klasyczne wciąż nie jest do końca zrozumiane (np. tzw. problem pomiaru) i pozostaje jednym z dużych wyzwań współczesnej fizyki. Główny planowany efekt naukowy to wniesienie nowego i świeżego elementu do zrozumienia tego złożonego problemu. W szczególności w jaki sposób układy kwantowe nabywają w trakcie oddziaływania ze środowiskiem makrospowych cech obiektywnych (np. położenie, tor, etc), znanych z codziennego życia a nieobecnych w teorii kwantowej. Ten aspekt przejścia kwantowo-klasycznego dopiero niedawno został dostrzeżony w ramach idei tzw. kwantowego Darwinizmu i jest w dużej mierze niezbadany. Kolejnym efektem będzie głębsze zrozumienie procesów dekoherencji, które ostatnio są tematem aktywnych badań na świecie m.in. z praktycznego punktu widzenia ze względu na szybki rozwój kwantowych technologii, np. kwantowej kontroli czy komunikacji. Planowane badania stanowią w pewnym sensie rozwinięcie i dopracowanie idei dekoherencji i podłączenie metod kwantowej teorii informacji do jej badania. Planuję uzyskanie nowych wyników zarówno na poziomie ogólnym jak i w poszczególnych modelach, istotnych zarówno dla teorii układów otwartych jak i dla praktycznych zastosowań. Wyniki badań będą publikowane w wiodących czasopismach oraz przedstawiane na konferencjach.

Zadanie statutowe nr. 3: Fizyka gazów kwantowych

1. Nazwa zadania

Kwantowe własności gazów w ultraniskich temperaturach

2. Cel realizacji zadania

Badania mają charakter podstawowy. Celem jest lepsze zrozumienie własności gazów kwantowych. Prowadzi to do lepszego zrozumienia kwantowych własności materii i, być może, do nowych zastosowań technologicznych, zwłaszcza rozwoju informatyki kwantowej.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

W ultraniskich temperaturach (rzędu setek nanokelwinów) własności gazu są zdominowane przez kwantowe statystyki oraz oddziaływania między atomami. Wtedy można obserwować przejście fazowe: gaz przechodzi w stan kondensatu Bosego-Einsteina (bozony) lub staje się tzw. zdegenerowanym gazem fermionowym. Zajmujemy się teoretycznym opisem takich układów i ich praktycznymi zastosowaniami. Obecnie metodami ab initio badamy nieliniowe efekty, takie jak fale solitonowe oraz kolektywne drgania, które pojawiają się w schłodzonych gazach, opisywanym liniowym wielociałowym równaniem Schrodingera.

Współpracujemy z grupami doświadczalnymi, m.in z grupą z Uniwersytetu w Bazylei prowadzoną przez Philippa Treutleina zajmującą się kwantową metrologią oraz grupą Jana Arlta z Uniwersytetu w Aarhus badającą statystyczne właściwości kondensatu Bosego-Einsteina.

Rezultatem wszystkich tych badań będą publikacje oraz doniesienia konferencyjne. W skład naszego zespołu wchodzi prof. Kazimierz Rzążewski (kierownik zadania), dr hab. K. Pawłowski, mgr. P. Grochowski oraz czwórka studentów.

Zadanie statutowe nr. 4: Koneksje Cartana i specjalne geometrie kontaktowe

1. Nazwa zadania:

Koneksje Cartana i specjalne geometrie kontaktowe

2. Cel realizacji zadania:

Będziemy badać rozmaitości M nieparzystego wymiaru (2n+1) z gładkim odwzorowaniem D przyporządkowującym każdemu punktowi x podprzestrzeń wektorową D(x) przestrzeni stycznej T(x) do M w x. Takie odwzorowanie nazywa się dystrybucją D na M. Gdy wymiar D(x) jest w każdym punkcie x równy 2n i gdy dystrybucja D jest maksymalnie niecałkowalna (co oznacza niezwyrodnienie pewnej dwuliniowej formy określonej na D), dystrybucja D nazywa się dystrybucją kontaktową, a rozmaitość (M,D) rozmaitością kontaktową. Lokalna geometria rozmaitości kontaktowych jest bardzo uboga, i w związku z tym wyposaża się rozmaitości kontaktowe w dodatkowe obiekty geometryczne G czyniąc rozmaitości kontaktowe (M,D) specjalnymi rozmaitościami kontaktowymi (M,D,G), które już można lokalnie rozróżniać. Szczególnie interesujące są specjalne rozmaitości kontaktowe, które dopuszczają opis za pomocą koneksji Cartana. Dla nich wszystkie lokalne niezmienniki zadane są przez krzywiznę takiej koneksji, co pozwala na pełną klasyfikację lokalnie nierównoważnych modeli takich rozmaitości. W szczególności pozwala to też na znalezienie modeli jednorodnych.

Celem tego zadania jest wyróżnienie ciekawych specjalnych rozmaitości kontaktowych, ze szczególnym uwzględnieniem takich, których modele jednorodne mogą być zrealizowane jako nieholonomiczne układy mechaniczne występujące w świecie rzeczywistym. Bardziej ambitnym celem jest powiązanie następujących zagadnień: sterowania nieholonomicznymi układami kinematycznymi oraz teorii maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji i geometrii parabolicznych. Jego realizacja wiąże się z: charakteryzacją dystrybucji kontaktowych dopuszczających opis w języku geometrii parabolicznej, konstrukcją kinematycznych modeli dla takich dystrybucji, interpretacją bogatej struktury geometrii parabolicznej w terminach modelu kinematycznego.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

Badania w tej dziedzinie są ostatnio bardzo intensywne, i prowadzone zarówno w Europie (Austria, Białoruś, Francja, Polska, Rosja, Włochy), na kontynencie amerykańskim (Brazylia, Meksyk, USA), w Azji (Japonia, Korea) i Australii. Rozwijamy je we współpracy z matematykami z IMPAN w Warszawie, a także z grupami Mike'a Eastwooda z Australian National University, Iana Andersona z Utah State University, Andreasa Capa z Universitaet Wien i z Gilem Borem z CIMAT w Meksyku.

Zadanie statutowe nr. 5: Nauka a Społeczeństwo

1.Nazwa zadania:

Nauki Przyrodnicze w zrozumieniu roli nauki w społeczeństwie XXI wieku

2.Cel realizacji zadania:

CFT PAN jest jedyna placówką badawczą PAN realizującą w praktyce od 17 lat zadanie upowszechniania nauki wśród najszerszych grup społeczeństwa a szczególnie młodzieży zarówno szkolonej jaki i akademickiej.

Efektem tego zaangażowania CFT było stworzenie Szkoły Nauk Ścisłych oraz następnie jej włączenie w strukturę UKSW oraz zorganizowanie przez pracowników CFT PAN największych w Polsce przedsięwzięć edukacyjnych: Pikniku Naukowego, Centrum Nauki Kopernik oraz ostatnio przeniesienia na teren Polski Akademii Khana.

Ta działalność CFT wyprzedzała o lata realizacje jednego z podstawowych zada instytucji prowadzących badania naukowe w Polsce, postulowanych w obenie
implementowanej ustawie 2.0

Przemiany w dziedzinie IT w ostatnich latach wskazują na konieczność gruntownego przemyślenia i przebudowania sposobu edukacji o ile ma ona być w Polsce podstawowym motorem rozwoju społeczeństwa wiedzy. Dlatego celowym wydaje się stworzenie w CFT PAN Tematu badawczego, realizującego zaniedbaną w Polsce tematykę Nauka a Społeczeństwo (Science and Society). Pierwszym zadaniem planowanym na 2018r będzie analiza zmian w kształceniu nauk przyrodniczych poczynając od szkoły powszechnej podstawowej wywołanych wprowadzona reformą szkolną z 2017r poprzez krytyczna analizę obecnych podstaw programowych.

Drugim zadaniem będzie dopracowanie i rozwinięcie prac prowadzonych nad związkami nauki ścisłych z sztuką. W szczególności przygotowania do napisania książki na temat Nauka i Sztuka dotyczącej wzajemnych relacji rewolucji w matematyce i fizyce drugiej połowy XIX wieku i przełomu XIX/XX wieku z literaturą i malarstwem tego okresu.

Planowane efekty naukowe i praktyczne:

Przygotowanie oceny sytuacji w kształceniu nauk przyrodniczych w szkołach polskich na tle zmian w tej dziedzinie zachodzących na świecie. NA przestrzeni ostatnich lat CFT PAN realizowało wiele prac w dziedzinie Nauka i Społeczeństwo, które były rozproszone i nie usystematyzowane w jedno zadanie badawcze. Wszelkie wyniki poznawcze w dziedzinie Nauka a Społeczeństwo mają bezpośrednie znaczenie praktyczne. CFT PAN posiada możliwości bezpośredniego konfrontowania swoich osiągnięć badawczych w tej dziedzinie ze sprawdzeniem w praktyce edukacyjnej poprzez istniejącą silna strukturę współpracy ze szkołami.

Zadanie statutowe nr. 6: Nieklasyczne korelacje w złożonych układach fizycznych

1. Nazwa zadania:

Samotestowanie w złożonych układach kwantowych

2. Cel realizacji zadania:

Badania mają charakter podstawowy. Ich celem jest stworzenie wydajnych i odpornych na niedoskonałości eksperymentalne metod samotestowania dla złożonych układów kwantowych, kładąc szczególny nacisk na układy wielocząstkowe. Metody samotestowania są ważne z aplikacyjnego punktu widzenia, bowiem mogą znaleźć zastosowanie w przyszłych technologiach kwantowych opartych na korelacjach kwantowych. Badania te są finansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach grantu First TEAM.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne:

Nielokalność Bella stała się niedawno potężnym zasobem w dziedzinie kwantowego przetwarzania informacji niezależnego od urządzeń (ang. device-independent quantum information processing) z zastosowaniami nieosiągalnymi dla fizyki klasycznej. W szczególności, pozwala ona na samotestowanie, które jest nowym protokołem w tej dziedzinie, pozwalającym na weryfikację, czy dane urządzenie kwantowe wykorzystuje zadeklarowany splątany stan kwantowy oraz wykonuje na nim zadeklarowane operacje kwantowe, opierając się jedynie na danych statycznych wytwarzanych przez to urządzenie. Planowanym efektem tego zadania to wydajne i odporne na szumy metody samotestowania dla złożonych, splątanych stanów kwantowych. Dodatkowym, lecz równie ważnym efektem naszych badań będą nowe metody i narzędzia do badania nielokalności Bella, a przy okazji również splątania, w złożonych układach kwantowych. Pomimo tego, że badania te mają czysto teoretyczny charakter, uzyskane wyniki mogą się przyczynić do rozwoju przyszłych technologii kwantowych opartych na korelacjach kwantowych.

Zadanie statutowe nr. 7: Obliczenia kwantowe, topologia i geometria w mechanice kwantowej

1. Nazwa zadania:

Epsilon sieci, kinematyka kwantowa cząstek nierozróżnialnych na grafach oraz analiza geometrycznych i topologicznych własności rozwiązan równan Maxwella

2. Cel realizacji zadania:

Zadanie realizowane będzie w ramach grantów Team Net (FNP) oraz SONATA BIS (NCN) oraz ze środków statutowych. Celem jest: 1) zrozumienie relacji między epsilon-netami i t-designami. Zbiór bramek jest epsilon-netem jeżeli dla dowolnej operacji unitarnej U zawiera bramkę odległa o co najwyżej epsilon od U. Zbiór bramek S jest t-designem jeżeli licząc średnia po S z wielomianów do stopnia t zdefiniowanych na grupie unitarnej otrzymujemy wyniki tożsame ze średnimi po całej grupie względem miary Haara. Zarówno epsilon nety jak i t-designy są podstawowymi narzędziami w teorii obliczen kwantowych. Chociaż intuicyjnie powinien istnieć między nimi związek nie istnieją w literaturze żadne ilościowe rezultaty. Naszym celem jest ich uzyskanie; 2) odkrycie w jaki sposób wielkocząstkowa kinematyka kwantowa na grafie zależy od wyższych grup kohomologii grafowej przestrzeni konfiguracyjnej. Znaczenie takich grup w teorii kwantowej jest słabo zbadane. Jednym z nielicznych przykładów, gdzie odgrywają one znaczącą role są tzw. topologiczne stany materii; 3) analizy geometrycznych i topologicznych własności rozwiązań równań relatywistycznej mechaniki kwantowej (równania Maxwella, równanie Diraca, itd.). Przykładem takiej analizy może być praca „Tying Knots in Light Fields” Hridesh Kedia, Iwo Bialynicki-Birula, Daniel Peralta-Salas, and William T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 111, 150404 (2013).

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne:

Efektem tego tematu badawczego będzie stworzenie grupy badawczej (w ramach grantu Team Net) oraz rozwiązanie konkretnych problemów współczesnej mechaniki kwantowej.

Zadanie statutowe nr. 8: Teoria grawitacji: struktura matematyczna oraz zastosowania astrofizyczne i kosmologiczne

1. Nazwa zadania:

Teoria grawitacji: struktura matematyczna oraz zastosowania astrofizyczne i kosmologiczne

2. Cel realizacji zadania:

Zadanie dotyczy matematycznej i stosowanej ogólnej teorii względności. Tematyka badawcza obejmuje problemy definicji energii pola grawitacyjnego oraz optyki
geometrycznej w zakrzywionej czasoprzestrzeni.

Próby opisu energii niesionej przez pole grawitacyjne datują się od czasu powstania Ogólnej Teorii Względności. Począwszy od nieudanej teorii tzw. "pseudo-tensorów" energii-pędu, poprzez ogromny sukces, jakim była definicja "masy" dla izolowanego układu grawitującego w latach 50 przez Arnowitt'a, Desera i Missnera, i równie wielki sukces, jakim był zaproponowany przez Andrzeja Trautmana opis energii niesionej przez fale grawitacyjne, doszliśmy współcześnie do prób opisu tzw. "quasi-lokalnej" energii pola (termin ten pochodzi od R. Penrose'a). Istniejące definicje takiej wielkości nie spełniają zasadniczego postulatu, jakim powinno być utożsamienie energii pola z Hamiltonianem jego ewolucji. Wychodząc od uzyskanych przez nas wyników, prowadzimy badania związku nierównoważnych definicji "quasi-lokalnych" z nierównoważnymi warunkami brzegowymi nakładanymi na ewolucję pola. Kryterium "adiabatycznej izolacji" rozważanego układu powinna być dodatniość i wypukłość odpowiedniego Hamiltonianu, gwarantująca stabilność ewolucji. Ważnym elementem tych badań jest opis ewolucji pola w nieskończoności "świetlnej" (Scri) oraz zastosowanie uzyskanych wyników do zlinearyzowanej teorii grawitacji.

Drugim kierunkiem badań jest optyka geometryczna w ogólnej teorii względności w zastosowaniu do astrofizyki. W szczególności analizujemy problem relatywistycznych poprawek do paralaksy, czyli zmian położenia obiektu na niebie przy przesunięciach obserwatora w przestrzeni i czasie. Badania te mają zastosowanie do pomiarów astrometrycznych paralaksy i odległości jasnościowej lub kątowej oraz do szacowania ilości materii (barionowej i ciemnej) wzdłuż linii widzenia. Wiąże się z tym problem efektów dryfu w kosmologii i astrofizyce, czyli powolnych zmian obserwowanych wielkości takich jak redshift, jasność i położenie na niebie odległego obiektu.

Trzecim wreszcie badanym zagadnieniem jest zastosowanie optyki geometrycznej podczas numerycznych symulacji wielkoskalowej struktury we Wszechświecie.

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

Wynikiem tych badań będzie rozwinięcie nowych metod opisu ewolucji pola grawitacyjnego, zarówno w aspekcie kwazi-lokalnym jak i globalnym. W szczególności mamy nadzieję wyjaśnić związki między nierównoważnymi wyrażeniami na energię grawitacyjną, proponowanymi dotychczas przez najwybitniejszych badaczy zajmujących się podstawowymi strukturami teorii grawitacji, takich jak R. Penrose, S. Hawking czy S.T. Yau. Planujemy także zbadać możliwe implementacje kwantowe uzyskanych w ten sposób Hamiltonianów grawitacyjnych. Badania te będą prowadzone w szerokiej współpracy międzynarodowej z Instytutem Maxa Plancka w Golm pod Berlinem (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Uniwersytetem Lipskim (Niemcy) oraz Uniwersytetem Wiedeńskim (Austria).

Ponadto grupa kosmologiczna będzie badać zastosowania efektów dryfu i paralaksy do badania geometrii czasoprzestrzeni. Planujemy zbadać możliwości ich obserwacji na różnych skalach i rozstrzygnąć jakie informacje o własnościach Wszechświata i rozkładu materii można z nich wydobyć.

Zadanie statutowe nr. 9: Testowanie OTW i alternatyw za pomocą kosmicznych pól gęstości i prędkości galaktyk

1. Nazwa zadania

Testowanie OTW i alternatyw przy pomocy kosmicznych pól gęstości i prędkości galaktyk

2. Cel realizacji zadania

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

Badania mają charakter podstawowy. Proponujemy użycie informacji zawartych w statystyce prędkości własnych galaktyk w lokalnym Wszechświecie oraz obserwowanych zaburzeń w rozkładzie redshiftów galaktyk (RSD) do wyznaczenia nowych i bardzo ścisłych ograniczeń na stosowalność na skalach kosmologicznych Ogólnej Teorii Względności (OTW) oraz teorii alternatywnych - zmodyfikowanej grawitacji (MG).

Badania nad OTW i MG zamierzamy przeprowadzić rozwijając metodę zaproponowaną przez nas we wcześniejszych pracach. Do tego celu konieczne będzie rozwinięcie spójnej teorii RSD dla modeli MG (w szczególności dla modeli f(R) i nDGP). Tutaj skupimy się na wyznaczeniu teoretycznych modeli na anizotropową 2-punktową statystykę (widmo mocy i funkcję korelacyjną), prawidłowo modelujących zależność pomiędzy wielkościami teoretycznymi (z przestrzeni konfiguracyjnej) a wielkościami obserwowanymi (w przestrzeni przesunięć ku czerwieni), oraz komplementarnemu podejściu, gdzie będziemy modelować i mierzyć z obserwacji dwupunktową statystykę korelacji składowych radialnych prędkości swoistych galaktyk.

Rezultatem naszych badań będzie wyznaczenie dokładnych i rzetelnych przewidywań na wpływ jaki ma fizyka zmodyfikowanej grawitacji na dynamikę i statystykę grupowania się zgęstek ciemniej materii i galaktyk.

Głównymi celami i zamierzonymi rezultatami proponowanego zadania badawczego są:

Dokładne wymodelowania pozwalające na wyznaczenie sygnału OTW i MG w statystykach pola prędkości swoistych galaktyk w reżimie liniowym i nieliniowym;

Rozwinięcie wewnętrznie zgodnych modeli RSD dla szerokiej klasy teorii MG;

Przygotowanie sztucznych katalogów galaktyk dla badanych modeli i przeprowadzenie testów przewidywań teoretycznych na statystyki prędkości i RSD galaktyk;

Uzyskanie teoretycznych przewidywań dla OTW i MG co do statystyk pola prędkości galaktyk w reżimie nieliniowym;

Stworzenie fizycznie uzasadnionego i solidnie skalibrowanego modelu zaburzeń w przestrzeni redshiftów dlaOTW i badanych teorii MG;

Zbiór klasy światowej nowych symulacji komputerowych zaprojektowanych do badania statystyk pól prędkości w OTW i MG;

Zbiór sztucznych katalogów galaktyk dla MG i OTW zawierających modelowane prędkości swoiste i zaburzenia RSD;

Badania są zaplanowane na okres co najmniej pięciu lat i przewidujemy, że wszystkie uzyskane wyniki cząstkowe jak i ostateczne ukażą się w serii publikacji złożonych do prestiżowych czasopism naukowych o zasięgu międzynarodowym (min. MNRAS, PRL i PRD).

Zadanie statutowe nr. 10: Złożone układy kwantowe i ich zastosowania informatyczne

1. Nazwa zadania:

Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych

2. Cel realizacji zadania:

Badania mają charakter podstawowy. Dotyczą podstaw teoretycznych i fundamentalnych aspektów układów kwantowych mających szczególne znaczenie i
zastosowanie w inżynierii kwantowej. Badania efektów kwantowych istotnych przy opisie przetwarzania informacji stają się kluczowe wobec postępującej miniaturyzacji używanych układów fizycznych. Z drugiej strony, szybki rozwój fizyki eksperymentalnej motywowanej kwantową teorią informacji, stymuluje badania
teoretyczne, które w przyszłości mogą zaowocować nowymi technologiami (kwantowa kryptografia, kwantowa komunikacja i obliczenia kwantowe).

3. Planowane efekty naukowe i praktyczne

Badania dotyczące teorii informacji kwantowej są aktualnie prowadzone na całym świecie, a w szczególności w Unii Europejskiej. W CFT PAN badane są podstawy teoretyczne informatyki kwantowej mające na celu opis podstawowych zasobów oferowanych przez mechanikę kwantową informatyce: skorelowanych stanów kwantowych oraz ich geometrii. Badania te mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia teoretycznych podstaw informatyki kwantowej, w szczególności takich, które są niezależne od konkretnej konstrukcji układów fizycznych potrzebnych do przetwarzania i przesyłania informacji. Nowatorskie i oryginalne aspekty prowadzonych w CFT badań polegają przede wszystkim na przeniesieniu metod stosowanych poprzednio w innych obszarach fizyki matematycznej, takich jak teoria macierzy stochastycznych i statystycznych własności widm układów kwantowych, czy też geometrii różniczkowej na teren informatyki kwantowej. Takie metody matematyczne będą używane do opisu i pomiaru zasobów informatyki kwantowej, takich jak nieklasyczne korelacje w układach złożonych oraz optymalnych sposobów produkcji stanów kwantowych istotnych dla efektywniejszego i szybszego przetwarzania i przesyłania informacji. W najbliższym okresie będą rozwijane badania nad sposobami weryfikacji kwantowego splątania w analizowanym układzie, a także nad samą strukturą zbioru wielocząstkowych stanów splatanych oraz kodami kwantowej korekcji błędów.

Teoria układów nieliniowych i chaosu znajduje zastosowanie w różnych działach fizyki, a także w innych dyscyplinach, np. chemii i biologii. W szczególności interesujące jest zastosowanie tej teorii do opisu nieliniowych problemów mikroświata, gdy w grę wchodzą efekty kwantowe. Celem planowanych badań jest zastosowanie opracowanych w trakcie dotychczasowej realizacji zadań metod, zarówno do układów modelowych, jak i konkretnych układów fizycznych, w których występują efekty nieliniowe i kwantowe. W ramach zadania prowadzone będą badania przejścia kwantowo-klasycznego w układach chaotycznych, również przy wykorzystaniu metod geometrycznych (geometria symplektyczna) i algebraicznych (różniczkowe grupy Galois). Jednym z głwnych zagadnień będzie zrozumienie
zachowania się statystycznych własności widm układów chaotycznych przy zbliżaniu się do granicy klasycznej. Będzie kontynuowane rozwijanie nowych metod analizy kwantowych własności układów złożonych, przede wszystkim metod geometrycznych i algebraicznych w badaniach całkowalności układów dynamicznych na poziomie klasycznym i kwantowym. Uzyskane w poprzednich latach wyniki dotyczące metod analizy równań różniczkowych na grupach Liego będą stosowane do badań dynamiki układów kwantowych istotnych dla współczesnej inżynierii kwantowej.
Duża część badań wykonywana jest we współpracy krajowej i międzynarodowej z ośrodkami w Barcelonie, Bochum, Duisburgu-Essen, Freiburgu, Tybindze, Madrycie, Neapolu, Pawii i Sztokholmie. Część badań będzie wykonywana w ramach projektów: NCN MAESTRO 7 „Relacje nieoznaczoności i splątanie kwantowe" realizowanego w latach 2016-2021, NCN OPUS 14 “Przejście kwantowo-klasyczne. Nowe problemy i metody badania” realizowanego w latach 2018-2021, oraz FNP TEAM-NET „Near-term quantum computers: challenges, optimal implementations and applications” realizowanego w latach 2019-2023.