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Quantum reservoir computing for efficient signal processing

Projektbeschreibung

Innovative Lösungen zur Steigerung der Effizienz und Zuverlässigkeit der Langstreckenkommunikation

Die Quantentechnologien sind im Begriff, Veränderungen in der Kommunikation und Sensorik herbeizuführen, da sie eine bisher unerreichte Geschwindigkeit, Sicherheit und Effizienz bieten. Die Systeme unserer Gegenwart haben jedoch mit Herausforderungen wie hohem Stromverbrauch und Störungen bei der Kommunikation im Freien zu kämpfen. Im Rahmen des EIC-finanzierten Projekts QRC-4-ESP ist geplant, die ersten Quanten-Reservoir-Informationsverarbeitungssysteme auf der Grundlage von supraleitenden Qubits und Defekt-Qubits aus Siliziumkarbid zu entwickeln. Diese Systeme versprechen eine mehr als 100-mal höhere Geschwindigkeit und Energieeffizienz als klassische Maschinenlernsysteme. Supraleitende Qubits werden eine sichere, störfeste Satelliten-Quantenkommunikation ermöglichen, während Siliziumkarbid-Qubits der Optimierung von Glasfasernetzen dienen werden. Die Projektaktivitäten könnten dazu beitragen, die globale Kommunikation und die medizinische Diagnostik voranzubringen.

Ziel

The long-term vision of the QRC-4-ESP project is to produce the World’s first quantum reservoir computing (QRC) systems based on superconducting qubits and silicon carbide (SiC) defect qubits. This new disruptive technology will create drastic improvements in speed and reduction in power consumption – two or more orders of magnitude (>100X) - compared to classical machine learning systems. Ultimately, the technology will enable ground-breaking microwave range, open air, quantum communication and new optical range, fibre network, quantum sensors.

Due to their structure, superconducting qubits naturally operate in the microwave range (hundreds of MHz to tens of GHz), which means they are well-matched to the required frequency range for satellite communications, because signals in this frequency band are minimally disturbed by fog and clouds. Currently, operating open-air quantum communications in this range is difficult due to strong background thermal noise. However, the development of superconducting quantum sensors and their integration with superconducting QRC could resolve this issue by enabling the routine use of well-developed quantum key distribution protocols. Thereby, quantum satellite communication could be successfully deployed - once and for all - without the risk of interception and decryption.

Defect-based qubits in SiC can operate in several frequency bands, including the optical band. Here we are especially interested in their operation in the near-infrared, which would make them a natural match for fibre-optical networks. Long-range open-air quantum communication in the optical range is impractical due to atmospheric interference. However, the inclusion of prospective QRC devices - with quantum inputs and outputs - as quantum repeaters could significantly increase performance and reduce costs. Another application would be to integrate an optical-range quantum sensor with an image-processing QRC, which would be very useful for medical diagnostics.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-EIC-2023-PATHFINDEROPEN-01

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Koordinator

LEIBNIZ-INSTITUT FUER PHOTONISCHE TECHNOLOGIEN E.V.
Netto-EU-Beitrag
€ 612 845,00
Adresse
Albert Einstein strasse 9
07745 Jena
Deutschland
Region
Thüringen Thüringen Jena, Kreisfreie Stadt
Aktivitätstyp
Research Organisations
Links
Gesamtkosten
€ 612 845,00

Beteiligte (7)

Partner (1)