NSF-BSF: The Phase-Modulated Quantum Optical Frequency Comb: A Simple Platform for One-Way Quantum Computing

NSF-BSF:相位调制量子光频梳:单向量子计算的简单平台

基本信息

  • 批准号:
    2112867
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This joint project, ''NSF-BSF: The phase-modulated quantum optical frequency comb: a platform for one-way quantum computing,'' is a collaboration between the research groups of Olivier Pfister at the University of Virginia and Avi Pe'er at Bar-Ilan University, supported by the National Science Foundation (NSF) and the US-Israel Binational Science Foundation (BSF) Collaborative Research Opportunities program. Quantum computing is now in a "Moon race," supported by the National Quantum Initiative, to harness the extraordinary computational power of quantum physical systems for specific intractable problems such as integer factoring (relevant to cryptography and national security), discovering carbon sequestration processes, or discovering efficient nitrogen fixation processes for fertilizer production. One of the challenges to building a quantum computer is scalability. The Pfister-Pe’er collaboration leverages the outstanding scalability of frequency-multiplexed photonic quantum computing, invented by Pfister, by associating it with the ultrabroadband quantum detector technology invented by Pe’er. The goal of this project is to demonstrate a large-scale photonic quantum computer by use of quantum frequency multiplexing or "quantum bandwidth," the quantum analogue of the technology subtending FM radio and broadband wireless. The core system is the optical frequency comb (OFC) defined by the resonant modes of an optical cavity. The OFC has seen spectacular development since its Nobel-recognized inception by T.W. Hänsch and J.L. Hall, with applications such as ultimate precision metrology and fundamental measurements. Pfister's group was the first to experimentally demonstrate that the quantum OFC emitted by a single optical parametric oscillator (OPO) is a quantum computing substrate, by generating scalable cluster-state entanglement between the ''teeth'' of the QOFC. In parallel, Pe'er's group demonstrated a novel quantum detection method, parametric homodyne detection (PHD), that is broadband and resilient to losses. The project will bring both technologies together to demonstrate bona fide quantum processing in the quantum OFC and scale quantum computing beyond the noisy, intermediate-size quantum (NISQ) regime.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个名为“NSF-BSF:相位调制量子光学频率梳:单向量子计算平台”的联合项目是弗吉尼亚大学 Olivier Pfister 和 Avi Pe'er 研究小组之间的合作项目在美国国家科学基金会 (NSF) 和美国-以色列两国科学基金会 (BSF) 合作研究机会计划的支持下,巴伊兰大学的量子计算现在正在进行一场由国家科学基金会支持的“月球竞赛”。量子倡议,利用量子物理系统的非凡计算能力来解决特定的棘手问题,例如整数分解(与密码学和国家安全相关)、发现碳封存过程或发现肥料生产的高效固氮过程。构建量子计算机是可扩展性的,Pfister-Pe'er 合作利用了 Pfister 发明的频率复用光子量子计算的出色可扩展性,将其与Pe'er 发明的超宽带量子探测器技术该项目的目标是通过使用量子频率复用或“量子带宽”(涉及调频无线电和宽带无线的技术的量子模拟)来演示大型光子量子计算机。核心系统是由光学腔谐振模式定义的光学频率梳 (OFC),自 T.W. Hänsch 和 J.L. Hall 的研究小组在终极精密计量和基础测量等领域率先通过实验证明,单个光参量振荡器 (OPO) 发射的量子 OFC 是一种量子计算基底,通过在光参量振荡器之间生成可扩展的簇态纠缠。与此同时,Pe'er 的团队展示了一种新颖的量子检测方法,即参数零差检测 (PHD),该方法具有宽带特性,并且能够抵抗该项目带来的损失。这两种技术共同展示了量子 OFC 中真正的量子处理,并将量子计算扩展到噪声、中等尺寸量子 (NISQ) 体系之外。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势进行评估,被认为值得支持以及更广泛的影响审查标准。

项目成果

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