Az összefonódás a kvantumrendszerek egy alapvető tulajdonsága, amely a kvantumszámítógépek működésének az alapja. Mágneses rendszerekben az összefonódás különösen erős nemkollineáris spinszerkezetekben, ahol a lokális mágneses momentumok iránya nagyon rövid távolságokon változik. Ezeket a mágneses szerkezeteket a különböző spinkölcsönhatások közötti versengés stabilizálja, mint például a Heisenberg- és a Dzjalosinszkij-Moriya-kicserélődés. Erősen kölcsönható spinrendszerekben a kvantumos alapállapot meghatározása nagy számítástechnikai kihívást jelent, ami szükségessé teszi közelítések alkalmazását. Ezek egyike a lineáris spinhullám-elmélet, amely átmenetet képez a kvantumos modell és a megfelelő klasszikus rendszer alapállapota között. Ebben a leírásban a spinhullámok lokális elliptikus polarizációja vagy összenyomódása hordozza az információt a nemkollineáris spinszerkezetről és így az összefonódásról is.
A kiírt témában a hallgató megvizsgálja, hogy a lineáris spinhullám-elmélet milyen pontossággal írja le a kvantumos rendszerek összefonódását. A hallgató megismeri az összenyomódás és az összefonódás kiszámításának módszereit. Ezeket beépíti az intézetben fejlesztett spindinamikai szimulációs kódba annak érdekében, hogy megvizsgálja a kvantummechanikai korrelációk térbeli eloszlását nanoméretű nemkollineáris spinszerkezetekben. A téma lehetőséget nyújt az együttműködésre elméleti kollégákkal itthon és külföldön.

Entanglement is a fundamental property of quantum systems, underlying the operation of quantum computers. In magnetic systems entanglement is particularly enhanced in non-collinear spin structures, where the directions of the localized magnetic moments vary on very short length scales. These magnetic configurations are stabilized by a competition between different spin interactions, such as the Heisenberg or the Dzyaloshinsky-Moriya exchange. Determining the quantum ground state of strongly interacting spin systems is exceptionally demanding computationally, necessitating the use of various approximations. One of these is linear spin-wave theory, bridging the gap between the quantum model and the ground state of the corresponding classical system. In this description, the local elliptic polarization or squeezing of spin waves encodes the information about the non-collinear spin structure, and thereby on the entanglement.
In the proposed project, it will be investigated to what extent linear spin-wave theory captures the entanglement properties of quantum systems. The student will learn about methods of calculating the squeezing and the entanglement. These procedures are to be implemented in the spin dynamics simulation code developed at the institute in order to study the spatial distribution of quantum-mechanical correlations in non-collinear spin structures on the nanoscale. The project will provide the opportunity to collaborate with theoretical colleagues in Hungary and abroad.