Opis projektu
Przełomowa metoda wykrywania niskoenergetycznych fotonów mikrofalowych
Wykrywanie pojedynczych fotonów w zakresie częstotliwości mikrofalowych jest niezwykle ważne dla poszukiwania aksjonów tworzących ciemną materię, a także dla zastosowań metrologicznych oraz w komputerach kwantowych. Autorzy finansowanego przez Unię Europejską projektu SUPERGALAX proponują nowatorskie podejście do pozyskiwania wyjątkowo niskoenergetycznych sygnałów mikrofalowych. Naukowcy skupieni wokół projektu zajmą się zbudowaniem oraz badaniem dynamiki koherentnych sieci kwantowych składających się z dużej ilości silnie oddziałujących kubitów nadprzewodzących – transmonów oraz kubitów typu flux. Zespół przewiduje, że czułość pomiaru nadprzewodzącej sieci czujników osiągnie granicę Heisenberga – standardową granicę dokładności, z jaką można przeprowadzić pomiar kwantowy. Manipulowanie i pomiary poszczególnych fotonów przy szczególnie niskich częstotliwościach mikrofalowych może pomóc w wykryciu hipotetycznych aksjonów tworzących ciemną materię, co przełoży się na zwiększanie efektywności przetwarzania informacji.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Słowa kluczowe
Program(-y)
Zaproszenie do składania wniosków
Zobacz inne projekty w ramach tego zaproszeniaSzczegółowe działanie
H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
System finansowania
RIA - Research and Innovation actionKoordynator
00185 Roma
Włochy