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Quantum Feedback Engineering

Descripción del proyecto

Las técnicas de retroalimentación podrían hacer más estables y prácticos los sistemas cuánticos

La coherencia y el entrelazamiento cuánticos son características esenciales de la física cuántica y constituyen la esencia de las tecnologías cuánticas. Con todo, el diseño de dispositivos cuánticos que aprovechen las características poco frecuentes de la mecánica cuántica a gran escala manteniendo la coherencia representa todo un reto. El ruido del entorno circundante puede alterar los patrones de inferencias de los cúbits y desbaratar las operaciones cuánticas. El objetivo del proyecto financiado con fondos europeos Q-Feedback es abordar este reto a través de la teoría matemática de sistemas. En este contexto, se desarrollarán métodos de control teóricos para analizar y diseñar esquemas de retroalimentación para proteger y estabilizar sistemas cuánticos y se emplearán nuevas técnicas matemáticas para aprovechar los aspectos intrínsecamente estocásticos de las mediciones cuánticas.

Objetivo

Quantum technologies, such as quantum computers and simulators, have the potential of revolutionizing our computational speed, communication security and measurement precision. The power of the quantum relies on two key but fragile resources: quantum coherence and entanglement. This promising field is facing a major open question: how to design machines which exploit quantum properties on a large scale, and efficiently protect them from external perturbations (decoherence), which tend to suppress the quantum advantage?

Making a system robust and stable to the influence of external perturbations is one of the core problems in control engineering. The goal of this project is to address the above question from the angle of control systems. The fundamental and scientific ambition is to elaborate theoretical control methods to analyse and design feedback schemes for protecting and stabilizing quantum information. Q-Feedback develops mathematical methods to harness the inherently stochastic aspects of quantum measurements. Relying on the development of original mathematical perturbation techniques specific to open quantum systems, Q-Feedback proposes a new hierarchical strategy for quantum feedback modeling, design and analysis.

The building block of a quantum machine is the quantum bit (qubit), a system which can adopt two quantum states. Despite major progress, qubits remain fragile and lose their quantum properties before a meaningful task can be accomplished. For this reason, a qubit must be both protected against external perturbations, and manipulated to perform a task. Today, no such qubit has been built. In collaboration with experimentalists, the practical ambition is to design, relying on the control tools developed here, qubits readily integrable in a quantum processing unit. The physical platform will be Josephson superconducting circuits. Q-Feedback is expected to demonstrate the crucial role of control engineering in emerging quantum technologies.

Régimen de financiación

ERC-ADG - Advanced Grant

Institución de acogida

ASSOCIATION POUR LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT DES METHODES ET PROCESSUS INDUSTRIELS
Aportación neta de la UEn
€ 1 434 375,00
Dirección
BOULEVARD SAINT MICHEL 60
75272 Paris
Francia

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Región
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
€ 2 440 125,00

Beneficiarios (4)