Description du projet
Une méthode révolutionnaire pour détecter les photons de basse énergie dans le domaine des micro-ondes
Pouvoir détecter des photons individuels dans la gamme des hyperfréquences revêt une importance particulière pour la recherche de la matière noire sous forme d’axions, pour l’informatique quantique et pour les applications de métrologie. Le projet SUPERGALAX, financé par l’UE, propose une nouvelle approche pour l’acquisition de signaux hyperfréquences à très basse énergie. Les chercheurs fabriqueront des réseaux quantiques cohérents comprenant une grande quantité de qubits supraconducteurs en forte interaction – transmons et qubits de flux – et étudieront leur dynamique. L’équipe s’attend à ce que la sensibilité de mesure de son détecteur de réseau supraconducteur atteigne la limite de Heisenberg – la limite standard pour la précision avec laquelle une mesure quantique peut être effectuée. Manipuler et mesurer des photons individuels à des fréquences micro-ondes particulièrement basses aidera à détecter des axions hypothétiques de la matière noire, ce qui améliorera l’efficacité du traitement de l’information.
Objectif
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.
Champ scientifique
- 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
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
RIA - Research and Innovation actionCoordinateur
00185 Roma
Italie