Opis projektu
Nowy rodzaj kubitu umożliwi bardziej zasobooszczędne zabezpieczanie informacji kwantowych
Układy kwantowe opierają się na niezwykle kruchych i niestabilnych stanach, które ulegają ostatecznie zniszczeniu w wyniku oddziaływania otoczenia. Ochrona takich stanów jest zatem nieodzowna dla rozwoju komputerów kwantowych w przyszłości. Jednym z rozwiązań są kwantowe mechanizmy korekcji błędów, jednak ich stosowanie wymaga ogromnych ilości zasobów. Uczestnicy finansowanego przez Unię Europejską projektu ECLIPSE zamierzają rozwiązać ten problem, chroniąc informacje kwantowe przy pomocy nowego rodzaju kubitu o dwóch szczególnych cechach: przede wszystkim kodowanie ma odbywać się w pojedynczym nadprzewodnikowym układzie rezonatora, którego przestrzeń Hilberta o nieskończonej liczbie wymiarów zastąpi duże rejestry fizycznych kubitów. Drugim wyróżnikiem nowego rozwiązania jest fakt, że ma ono być zasilane falami o częstotliwości radiowej, stale wymieniając fotony ze zbiornikiem. Opracowane obwody pozwolą na manipulowanie stanami kwantowymi światła. Rezultaty prac pozwolą na lepszą ochronę informacji kwantowych w systemach kwantowych przyszłości.
Cel
Quantum systems can occupy peculiar states, such as superposition or entangled states. These states are intrinsically fragile and eventually get wiped out by inevitable interactions with the environment. Protecting quantum states against decoherence is a formidable and fundamental problem in physics, which is pivotal for the future of quantum computing. The theory of quantum error correction provides a solution, but its current envisioned implementations require daunting resources: a single bit of information is protected by encoding it across tens of thousands of physical qubits.
My proposal is to protect quantum information in an entirely new type of qubit with two key specificities. First, it will be encoded in a single superconducting circuit resonator whose infinite dimensional Hilbert space can replace large registers of physical qubits. Second, this qubit will be rf-powered, continuously exchanging photons with a reservoir. This approach challenges the intuition that a qubit must be isolated from its environment. Instead, the reservoir acts as a feedback loop which continuously and autonomously corrects against errors. This correction takes place at the level of the quantum hardware, and reduces the need for error syndrome measurements which are resource intensive.
The circuits I will develop manipulate quantum states of light, whose utility transcends the long term goal of quantum computing, and can readily be used to probe fundamental properties of matter. In mesoscopic physics where a large number of particles exhibit collective quantum phenomena, the measurement tools to characterize subtle quantum effects are often lacking. Here, I propose to measure the spin entanglement of a single Cooper pair, by coupling a superconductor to a circuit composed of microwave resonators and a carbon nanotube. The spin entanglement can be swapped into microwave photons, which can be detected by deploying the arsenal of quantum limited microwave measurement devices.
Dziedzina nauki
- natural sciencesmathematicspure mathematicsalgebralinear algebra
- natural sciencesphysical sciencescondensed matter physicsmesoscopic physics
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
75272 Paris
Francja