Opis projektu
Pionierskie oddziaływania światło-materia w metamateriałach kwantowych
Splątanie kwantowe występuje, gdy stan kwantowy dwóch lub więcej cząstek nie jest możliwy do opisania, niezależnie od innych cząstek, nawet na odległość. Pozwala to komputerom kwantowym na wykonywanie obliczeń, które są niedostępne dla klasycznych komputerów. Splątanie wymaga silnych oddziaływań między zlokalizowanymi kubitami (atomami) i latającymi kubitami (fotonami), ale obecne paradygmaty są ograniczone siłą oddziaływań i późniejszymi mechanizmami strat. Zespół finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych projektu QuantMeta ma na celu usunięcie tej bariery dla wydajnych operacji kwantowych poprzez tworzenie metamateriałów kwantowych z matryc emiterów kwantowych jako nowych interfejsów do generowania splątania atom-foton. Spójne sterowanie wewnętrznymi stopniami swobody emiterów i dostęp do długotrwałych stanów doprowadzi do powstania wielociałowych stanów splątanych do jednokierunkowych obliczeń kwantowych.
Cel
The key to realizing quantum systems that can implement quantum information processing is entanglement generation between many qubits. For distributing entanglement strong interactions between localized qubits (atoms) and flying qubits (photons) have to be ensured. The quantum-science community is currently searching for systems that offer enhanced light--matter interaction, as the efficiency of quantum operations in current state-of-the-art systems is limited by the interaction strength and loss mechanisms, which impede the generation of useful many-body entangled states.
We plan to address this challenge by creating quantum metamaterials from quantum-emitter arrays as novel interfaces for generating atom-photon entanglement. Whereas most of the scientific effort focuses on coupling localized qubits to pre-designed structures to enhance interaction (i.e. cavities), we plan to take a completely different approach: building bottom-up quantum optical metamaterials out of quantum particles. We will achieve this by embedding silicon-vacancy-center arrays integrated in a diamond chip, which have shown to be top candidates for entanglement distribution.
We will harness the enhanced collective response of the emitters to light and achieve a quantum response by coherently controlling the emitters' internal degrees of freedom. We will also access never-before-observed long-lived states, which are ideal for quantum memory. Our vision is to implement a scalable quantum light source with many degrees of freedom that generates large-scale atom-photon entanglement. By employing quantum information protocols we developed, our system can generate many-body entangled states applicable to one-way quantum computation. Our system unites major advantages for scaling-up entanglement: 1. High-fidelity quantum control over photonic states. 2. Potential operation-time speed-up by parallelizing photon control. 3. Quantum memory with long-lived states. 4. Integration into nanophotonics
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencesquantum physics
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- engineering and technologynanotechnologynanophotonics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
91904 Jerusalem
Izrael