Descripción del proyecto
Método rupturista para detectar fotones de microondas de baja energía
La detección de fotones individuales en el rango de frecuencia de las microondas tiene una gran importancia en la búsqueda de axiones de materia oscura, la computación cuántica y las aplicaciones de metrología. El proyecto financiado con fondos europeos SUPERGALAXY propone un método novedoso para la adquisición de señales de microondas de muy baja energía. Los investigadores desarrollarán y examinarán la dinámica de redes cuánticas coherentes, que comprenden una gran cantidad de cúbits superconductores de fuerte interacción (cúbits de flujo y de tipo transmón). El equipo confía en que la sensibilidad de medición de su detector de red superconductora alcance el límite de Heisenberg, el límite estándar de precisión con el que se puede llevar a cabo una medición cuántica. La manipulación y la medición de fotones individuales a frecuencias de microondas particularmente bajas ayudarán a la detección de hipotéticos axiones de materia oscura, haciendo que el procesamiento de la información sea más eficaz.
Objetivo
Detection of single photons in the microwave range has a number of applications ranging from galactic dark matter axions searches to quantum computing and metrology. We propose a novel approach to acquisition of extremely low energy microwave signals (~1 GHz), based on the general concept of a passive quantum detection. For such highly sensitive detector (quantum antenna) the key novel concept we intend to use is the coherent quantum network composed of a large amount of strongly interacting superconducting qubits embedded in a low dissipative superconducting resonator. We will fabricate and explore the dynamics of coherent quantum networks based on two types of superconducting qubits: transmons and flux qubits. A spatially distributed network of superconducting qubits interacting off-resonance with the incoming radiation, shows the collective ac Stark effect that can be measured even in the limit of single photon counting. The interaction of the signal with the collective quantum states occurring in the network of superconducting qubits has the fundamental character of a quantum non-demolition measurement, whereby the quantum states of the signal and the collective states of qubits become gradually entangled. In particular, by employment of the network of large number of qubits (N) and utilization of a collective mode established in the network, we expect to exceed the standard quantum limit and reach the so-called Heisenberg limit of sensitivity which is proportional to 1/N instead of ~1/√N in case of N non directly interacting qubits. Assessment of the progress will be done by testing arrays with increasing number of superconducting qubits by using complementary experiments with different single photon sources. The feasibility of the superconducting network detector for galactic dark matter axions search will be finaly tested by axion conversion experiment in a magnetic field.
Ámbito científico
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsdark matter
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- social scienceseconomics and businessbusiness and managementemployment
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Palabras clave
Programa(s)
Convocatoria de propuestas
Consulte otros proyectos de esta convocatoriaConvocatoria de subcontratación
H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Régimen de financiación
RIA - Research and Innovation actionCoordinador
00185 Roma
Italia