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Quantum Information Processing in High-Dimensional Ion Trap Systems

Descrizione del progetto

Sistemi multilivello regalano nuove capacità all’informatica quantistica

I processori quantistici hanno già iniziato a superare le macchine classiche per quanto riguarda lo svolgimento di alcuni compiti. Tuttavia, i vettori inerenti alle informazioni quantistiche e numerosi problemi mirati non si inseriscono con naturalezza nel paradigma binario alla base degli attuali computer classici e quantistici. Il progetto QUDITS, finanziato dall’UE, sfrutterà qudit in grado di codificare più di due numeri ciascuno. Pertanto, anziché ridurre il ricco spazio di Hilbert di ioni intrappolati a solo due livelli, la ricerca proposta impiegherà strutture multilivello, in grado di dimostrarsi migliore nell’affrontare problemi complessi rispetto ai sistemi qubit. La ricerca condotta nell’ambito del progetto potrebbe sviluppare ulteriormente il potenziale dei processori quantistici, inserendo i dispositivi quantistici su scala intermedia di breve termine in un regime che si spinge oltre le capacità classiche.

Obiettivo

Quantum processors have taken the binary paradigm of classical computing to the quantum realm and are starting to outperform the best classical devices. Yet, neither the underlying quantum information carriers, nor many of the targeted problems naturally fit into this two-level paradigm. In this project, I aim to break this paradigm. Instead of restricting the rich Hilbert space of trapped ions to only two levels, the proposed research will make full use of the multi-level (qudit) structure as a resource for quantum information processing. This will unlock unused potential within quantum processors and bring near-term intermediate-scale quantum devices into a regime well beyond classical capabilities. Furthermore, the availability of high-performing qudit quantum hardware will stimulate a rethinking of the way we approach quantum information processing. This ambitious goal will be achieved by designing and implementing a trapped-ion quantum processor, tailored for qudits. Building on the full toolbox of atomic physics, this device will benefit from ongoing developments for binary systems, while featuring significantly extended capabilities, including novel ways of interacting qudits for resource-efficient processing. Using this hardware, we aim to achieve two objectives: First, we will develop tools for and demonstrate native qudit quantum information processing from simulation to computation. Second, we will show that the platform outperforms not only qubit systems but also the best classical devices through the demonstration of a quantum advantage.
I am convinced that this project will stimulate a number of research directions beyond its immediate goals, from application-tailored quantum computing, to advanced quantum communication and quantum metrology. My strong background in several quantum technology platforms, as well as my track record in (multi-level) quantum information processing puts me in a unique position to realize the ambitious goals of this project.

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC -

Istituzione ospitante

UNIVERSITAET INNSBRUCK
Contributo netto dell'UE
€ 1 499 790,00
Indirizzo
INNRAIN 52
6020 Innsbruck
Austria

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Regione
Westösterreich Tirol Innsbruck
Tipo di attività
Istituti di istruzione secondaria o superiore
Collegamenti
Costo totale
€ 1 499 790,00

Beneficiari (1)