Descrizione del progetto
Il controllo termodinamico potrebbe migliorare l’efficienza e la precisione dei dispositivi quantistici
I dispositivi quantistici su scala intermedia rumorosi sono sistemi quantistici costituiti da numerosi qubit, che tuttavia non sono sufficientemente avanzati per raggiungere la tolleranza ai guasti. Questo genere di dispositivi è molto sensibile all’ambiente e potrebbe perdere lo stato quantistico a causa della decoerenza quantistica. Una comprensione più approfondita dei principi quantistici e termodinamici di base potrebbe contribuire a controllare il rumore ambientale. Una ricerca recente ha dimostrato che nel caso di processi quantistici coerenti, le leggi della termodinamica quantistica prevedono una maggiore precisione di misurazione per un minor costo energetico ed entropico. Il progetto ASPECTS, finanziato dall’UE, si prefigge di studiare e sfruttare ulteriormente questo effetto inedito sui qubit superconduttori e sui dispositivi nanoelettromeccanici. In particolare, i ricercatori realizzeranno dispositivi con circuito quantistico per valutare in modo sperimentale i costi energetici richiesti per il cronometraggio e la lettura dei qubit.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Invito a presentare proposte
HORIZON-CL4-2021-DIGITAL-EMERGING-02
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HORIZON-RIA - HORIZON Research and Innovation ActionsCoordinatore
D02 CX56 DUBLIN 2
Irlanda