Projektbeschreibung
Neue Architektur für fehlertolerante Quantensysteme
Penningfallen, bei denen starke Magnetfelder Ionen an Ort und Stelle halten, eröffnen neue Möglichkeiten der Quanteninformationsverarbeitung, da mit ihnen große Ionengruppen stabilisiert werden können. Anders als die üblicherweise in der Quanteninformationsverarbeitung mit gefangenen Ionen verwendeten Fallenarchitekturen lassen Penningfallen den Einsatz von Kernspin-Qubits, im Atomkern gespeicherten Quanteninformationseinheiten, wie zum Beispiel 43Ca+-Ionen zu. Diese Qubits können mehr Informationen pro Ion speichern, wodurch der Bedarf an zusätzlicher Hardware reduziert wird. Das Team des innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts CAPTAIN Q konzentriert sich auf die Verbesserung von Kernspin-Qubits unter starken Magnetfeldern, die Schaffung fortgeschrittener Quantenoperationen für Mehrebenensysteme und die Entwicklung fehlerresistenter Quantenzustände. Mithilfe mikrostrukturierter Strukturen zielt die Arbeit von CAPTAIN Q darauf ab, Penningfallen als eine skalierbare und zuverlässige Option für zukünftige Quantencomputer zu etablieren.
Ziel
Recent progress in ion-trap quantum computing has been driven largely by quasi-2D RF trap architectures and ion–photon modules, which already enable high-fidelity gate operations and small-scale algorithms. However, scaling these systems to the fault-tolerant regime remains a key challenge due to increasing hardware overhead and control complexity. Penning traps, which employ strong magnetic fields to stabilize large ion arrays, offer a fundamentally different architecture that has so far been scarcely explored for quantum computation. In this regime, the strong magnetic field modifies the energy structure such that one no longer speaks of hyperfine qubits but rather of nuclear spin or electronic spin qubits. The nuclear spin states of 43Ca+ provide a rich multi-level manifold, enabling more information to be stored per ion and reducing the number of physical qubits required for large-scale processing.
In this project, we aim to establish surface Penning traps as a competitive platform for quantum computing through three tightly connected objectives. The first objective is to identify and benchmark the nuclear spin qubit of 43Ca+ under high magnetic fields, providing the foundation for robust state preparation and measurement. The second objective is to explore the qudit manifold of the nuclear spin, implementing single- and two-qudit gates. The third objective is to demonstrate spin-cat states in this manifold, using them as intrinsically error-protected encodings and targeting the first experimental demonstration of error correction in a Penning trap device.
All experiments will be carried out in a microfabricated surface Penning trap with individual trapping sites for each ion, enabling flexible geometries and scalability. Supported by close integration of theory, experiment, and industrial collaboration, the project will deliver the first robust multi-level quantum processing in a Penning trap and reinforce Europe’s position in quantum technologies.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: Das European Science Vocabulary.
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: Das European Science Vocabulary.
- Naturwissenschaften Chemiewissenschaften anorganische Chemie Erdalkalimetalle
- Technik und Technologie Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik Elektrotechnik Hardware Quantencomputer
- Naturwissenschaften Mathematik reine Mathematik Geometrie
- Naturwissenschaften Informatik und Informationswissenschaften Datenwissenschaften Datenverarbeitung
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Schlüsselbegriffe
Schlüsselbegriffe des Projekts, wie vom Projektkoordinator angegeben. Nicht zu verwechseln mit der EuroSciVoc-Taxonomie (Wissenschaftliches Gebiet).
Schlüsselbegriffe des Projekts, wie vom Projektkoordinator angegeben. Nicht zu verwechseln mit der EuroSciVoc-Taxonomie (Wissenschaftliches Gebiet).
Programm/Programme
Mehrjährige Finanzierungsprogramme, in denen die Prioritäten der EU für Forschung und Innovation festgelegt sind.
Mehrjährige Finanzierungsprogramme, in denen die Prioritäten der EU für Forschung und Innovation festgelegt sind.
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HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA)
HAUPTPROGRAMM
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Thema/Themen
Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen sind nach Themen gegliedert. Ein Thema definiert einen bestimmten Bereich oder ein Gebiet, zu dem Vorschläge eingereicht werden können. Die Beschreibung eines Themas umfasst seinen spezifischen Umfang und die erwarteten Auswirkungen des finanzierten Projekts.
Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen sind nach Themen gegliedert. Ein Thema definiert einen bestimmten Bereich oder ein Gebiet, zu dem Vorschläge eingereicht werden können. Die Beschreibung eines Themas umfasst seinen spezifischen Umfang und die erwarteten Auswirkungen des finanzierten Projekts.
Finanzierungsplan
Finanzierungsregelung (oder „Art der Maßnahme“) innerhalb eines Programms mit gemeinsamen Merkmalen. Sieht folgendes vor: den Umfang der finanzierten Maßnahmen, den Erstattungssatz, spezifische Bewertungskriterien für die Finanzierung und die Verwendung vereinfachter Kostenformen wie Pauschalbeträge.
Finanzierungsregelung (oder „Art der Maßnahme“) innerhalb eines Programms mit gemeinsamen Merkmalen. Sieht folgendes vor: den Umfang der finanzierten Maßnahmen, den Erstattungssatz, spezifische Bewertungskriterien für die Finanzierung und die Verwendung vereinfachter Kostenformen wie Pauschalbeträge.
HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships
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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
Verfahren zur Aufforderung zur Einreichung von Projektvorschlägen mit dem Ziel, eine EU-Finanzierung zu erhalten.
Verfahren zur Aufforderung zur Einreichung von Projektvorschlägen mit dem Ziel, eine EU-Finanzierung zu erhalten.
(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2025-PF
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Finanzieller Nettobeitrag der EU. Der Geldbetrag, den der Beteiligte erhält, abzüglich des EU-Beitrags an mit ihm verbundene Dritte. Berücksichtigt die Aufteilung des EU-Finanzbeitrags zwischen den direkten Begünstigten des Projekts und anderen Arten von Beteiligten, wie z. B. Dritten.
8092 Zuerich
Schweiz
Die Gesamtkosten, die dieser Organisation durch die Beteiligung am Projekt entstanden sind, einschließlich der direkten und indirekten Kosten. Dieser Betrag ist Teil des Gesamtbudgets des Projekts.