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Quantum Applications with Rydberg Atom Arrays

Description du projet

Exploiter les systèmes atomiques à haute excitation pour les technologies quantiques

Les réseaux d’atomes de Rydberg constituent une plate-forme avancée pour la construction et l’étude de systèmes quantiques à partir de la base. Ces systèmes utilisent des atomes froids piégés disposés selon des schémas reconfigurables. En excitant ces atomes jusqu’à des états de Rydberg (dans lesquels leurs électrons se trouvent sur des orbites fortement excitées), ceux-ci présentent des interactions fortes et cohérentes. Cela permet aux chercheurs de simuler des modèles de spin quantique complexes impossibles à calculer avec des ordinateurs classiques. Le projet QARA, financé par le CER, exploitera les propriétés des atomes de Rydberg pour développer des technologies quantiques de nouvelle génération. Il explorera un phénomène intriguant dans les réseaux de Rydberg, connu sous le nom de cicatrices quantiques à plusieurs corps, afin de créer des états enchevêtrés pour le calcul quantique, la correction d’erreurs et la métrologie. De nouvelles méthodes de traitement de l’information quantique pour mesurer l’intrication seront également développées afin d’approfondir notre compréhension des systèmes quantiques à plusieurs corps.

Objectif

Rydberg atoms arrays have emerged as a promising platform for assembling quantum matter in a bottom-up approach. This platform combines deterministically prepared, reconfigurable arrays of individually trapped cold atoms with strong, coherent interactions enabled by excitation to atomic Rydberg states and in situ state readout. It enables a scalable realization of quantum spin models with system sizes beyond what can be simulated on classical computers. The main goal of this project is to harness many-body properties of Rydberg atoms for applications in next-generation quantum technology. The first goal is to explore the possibility to harness a novel, robust dynamical quantum many-body phenomenon as a tool to generate useful entangled states in systems with limited control. Specifically, we will study the entanglement properties of quantum many-body scars, a natural phenomenon first discovered in Rydberg atoms arrays, regarding their utility for measurement-based quantum computation, quantum error correction and quantum metrology. Our second goal is to study and develop novel approaches for implementing information processing protocols with Rydberg atom arrays, based on an intimate connection to maximum independent set problems. This includes the exploration of analog quantum annealing algorithms, the development of noise-resilient gate sets for circuit-based approaches, and preparation and manipulation of topologically protected qubits. The third objective is to develop novel tools to characterize quantum many-body states of Rydberg atom arrays and access fundamental properties, such as entanglement measures.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-STG

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Institution d’accueil

OESTERREICHISCHE AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN
Contribution nette de l'UE
€ 701 775,00
Coût total
€ 701 775,00

Bénéficiaires (2)