Projektbeschreibung
Thermodynamische Kontrolle könnte Effizienz und Genauigkeit von Quantenvorrichtungen steigern
Verrauschte Quantenvorrichtungen im mittleren Maßstab sind Quantensysteme, die aus vielen Qubits bestehen, aber nicht weit genug fortgeschritten sind, um Fehlertoleranz zu erreichen. Solche Vorrichtungen reagieren sehr empfindlich auf ihre Umgebung und können ihren Quantenzustand aufgrund von Quantendekohärenz verlieren. Ein besseres Verständnis der grundlegenden quanten- und thermodynamischen Grundsätze könnte dazu beitragen, diesen Umgebungslärm zu kontrollieren. Jüngste Forschungsarbeiten haben verdeutlicht, dass bei kohärenten Quantenprozessen die Gesetze der Quantenthermodynamik eine höhere Messgenauigkeit bei geringeren Energie- und Entropiekosten bieten. Das EU-finanzierte Projekt ASPECTS zielt darauf ab, diesen neuartigen Effekt bei supraleitenden Qubits und nanoelektromechanischen Bauelementen weiter zu untersuchen und zu nutzen. Konkret werden die Forschenden Quantenschaltkreise bauen, um die Energiekosten für die Zeitmessung und das Auslesen der Qubits experimentell zu ermitteln.
Ziel
Quantum technologies exploit the counterintuitive physics of the microscopic world to gain an advantage over purely classical systems. In order to achieve commercial usefulness, major research efforts are now devoted to scaling up current noisy intermediate-scale quantum devices. The fundamental challenge to be overcome is noise, whose presence is necessitated by basic quantum and thermodynamic principles as well as limitations on the precision with which such devices can be measured and controlled. To overcome this challenge, we need to understand the fundamental thermodynamic limitations on precision in quantum devices. Remarkably, it has recently been predicted that coherent quantum processes exhibit a new kind of quantum advantage with respect to classical processes: the laws of quantum thermodynamics allow higher measurement precision for less energy and entropy cost.
The ambitious goal of ASPECTS is to demonstrate, explore, and exploit this novel effect on two of the most promising quantum technology platforms: namely, superconducting qubits and nanoelectromechanical devices. Specifically, we will design and build quantum circuit devices to experimentally assess the energy cost of timekeeping and qubit readout. With support from advanced theory and numerical simulations, we will demonstrate quantum-thermodynamic precision advantage in our measurements. This ground-breaking advance will usher in a new paradigm for quantum metrology in which quantum-thermodynamic effects boost both efficiency and precision.
Our balanced consortium of early-career researchers is founded on our strong existing collaborations and our unified and coherent vision for the future of energy-efficient quantum technologies. Bringing together world-leading expertise in precision measurement, quantum information, and non-equilibrium statistical physics, ASPECTS will make a deep and lasting impact on the European quantum technologies landscape.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
HORIZON-CL4-2021-DIGITAL-EMERGING-02
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HORIZON-RIA - HORIZON Research and Innovation ActionsKoordinator
D02 CX56 DUBLIN 2
Irland