Quantum State Engineering and Quantum Information Processing with Ultra-Cold Polar Molecules

超冷极性分子的量子态工程与量子信息处理

基本信息

  • 批准号:
    1211914
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-07-15 至 2016-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The intellectual merit of this project is to exploit how to take advantage of the rich internal structure of ultra-cold diatomic polar molecules, towards the design of a highly tunable quantum simulator/computer. Polar molecules possess a permanent dipole moment,which can be manipulated with external fields, and which can lead to long-range anisotropic interactions. Two dimensional and one dimensional arrays of polar molecules trapped in optical lattices will be considered. The main idea is to use rotational dressed states of the molecules, which can be easily manipulated and controlled by external dc electric fields and by continuous microwave fields, as the spin (qubit) degrees of freedom of the quantum simulator/computer. Direct dipolar interactions, which are orders of magnitude stronger than those achievable using neutral atoms, will be used to coupled the spins. The goal is to investigate how to use this system to engineer topological states of matter, to simulate models used to describe magnetism in real materials, as well as others that may have no solid state analogs, and to process quantum information.The broader impacts of this work arise,in part, from the educational and outreach aspects, including the training of graduate students and postdocs. These students will benefit from interacting also with experimental groups at JILA that are world-leaders in the planned research areas. Beyond this, the investigators will continue to contribute to community outreach programs, such as public lectures and accessible physics articles. They will also maintain a significant level of service to the physics community through organizing workshops, serving on review panels, and memberships on professional committees. This project contains interdisciplinary science involving application of the unique atomic structure of bi-alkali polar molecules towards the design of highly-controllable quantum simulators. These simulators are capable, on the one hand, of processing quantum information (QI science), and on the other hand, of generating fundamental insights into the physics of solid state systems, such as cuprate superconductors, transition metal oxides and geometrically frustrated magnetic insulators (material sciences).
该项目的智力价值在于探索如何利用超冷双原子极性分子丰富的内部结构来设计高度可调的量子模拟器/计算机。极性分子具有永久偶极矩,可以通过外部场操纵,并可以导致长程各向异性相互作用。将考虑捕获在光学晶格中的极性分子的二维和一维阵列。主要思想是使用分子的旋转修饰态作为量子模拟器/计算机的自旋(量子位)自由度,该状态可以通过外部直流电场和连续微波场轻松操纵和控制。直接偶极相互作用比使用中性原子可实现的相互作用强几个数量级,将用于耦合自旋。目标是研究如何使用该系统来设计物质的拓扑状态,模拟用于描述真实材料以及其他可能没有固态类似物的磁性的模型,以及处理量子信息。这项工作部分源于教育和外展方面,包括研究生和博士后的培训。这些学生还将受益于与 JILA 实验小组的互动,这些实验小组是计划研究领域的世界领先者。除此之外,研究人员将继续为社区外展项目做出贡献,例如公开讲座和无障碍物理文章。他们还将通过组织研讨会、在审查小组中任职以及成为专业委员会的成员,为物理学界提供高水平的服务。该项目包含跨学科科学,涉及应用双碱极性分子独特的原子结构来设计高度可控的量子模拟器。 这些模拟器一方面能够处理量子信息(QI 科学),另一方面能够生成对固态系统物理学的基本见解,例如铜酸盐超导体、过渡金属氧化物和几何挫败磁绝缘体(材料科学)。

项目成果

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