MRI: Development of Rydberg Tweezer Quantum Processor with Real-Time Optical Cavity Readout

MRI:开发具有实时光腔读出功能的里德堡镊子量子处理器

基本信息

  • 批准号:
    2216201
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 53.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Many of the technologies we use in our everyday lives employ measurement and feedback to operate robustly. For example, sensors on airplanes feed back to the ailerons, elevators and rudder to pilot automatically on a pre-set course. Less tangibly, electronic circuits in computers and cell phones use feedback to compute reliably despite imperfections in fabrication. Similarly, future technologies based on quantum physics can be expected to rely on measurement-based feedback. Applications of such technologies include quantum computation, which will require quantum error correction to be performed robustly, and also quantum sensing and communication. Inspired by such applications, physicists are interested generally in so-called open quantum mechanical systems in which a small fraction of the system is occasionally measured while the remainder of the system retains quantum coherence and entanglement. There are theoretical predictions of new types of phenomena that emerge in these systems, but few experimental platforms exist in which to test these predictions. The goal of the proposed program is to enable measurements of a portion of a complex quantum system while the remainder of the system continues to evolve coherently. This capability will be realized specifically within arrays of optically trapped single atoms. The evolution of the internal states of these atoms will be controlled by optical pulses either that modify the states of single atoms, or that couple and entangle the states of atoms in separate optical traps. Measurements amidst this programmed quantum evolution will be performed optically, using optical resonators to achieve high-fidelity measurement at short measurement times and without disturbing other atoms in the array. The measurement outcome can then be used to modify the optical control pulses, effecting feedback on a complex quantum system. Both laser-optical and experimental-control systems will be developed to enable such operation. This instrument will then operate as a shared user facility within the Challenge Institute for Quantum Computation, an NSF Quantum Leap Challenge Institute, and will allow experimental investigations of quantum teleportation, quantum error correction, cluster-state generation, interactive quantum dynamics, and quantum-state preparation.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.
我们在日常生活中使用的许多技术都采用测量和反馈来稳健运作。 例如,飞机上的传感器回到了副翼,电梯和方向舵,以在预设的过程中自动驾驶。 不太明显的是,尽管制造不完美,但计算机和手机中的电子电路使用反馈来可靠地计算。 同样,可以预期基于量子物理学的未来技术依赖于基于测量的反馈。 此类技术的应用包括量子计算,这将需要稳健执行量子误差校正,以及量子传感和通信。 受这些应用程序的启发,物理学家通常对所谓的开放量子机械系统感兴趣,其中偶尔测量了一小部分系统,而系统的其余部分则保持量子相干性和纠缠。 在这些系统中出现的新型现象类型的理论预测,但是很少有实验平台可以测试这些预测。提议的程序的目的是启用一个复杂量子系统的一部分的测量,而系统的其余部分则继续相干地发展。 该功能将在光学捕获的单个原子的阵列中专门实现。 这些原子的内部状态的演变将由修改单个原子状态的光脉冲控制,或者那对夫妇在单独的光学陷阱中纠缠原子状态。 在该编程的量子演化中,将使用光学谐振器在短时间测量时间进行高保真测量,而不会干扰阵列中的其他原子。 然后,测量结果可用于修改光学控制脉冲,从而对复杂的量子系统产生反馈。 将开发激光光学和实验控制系统以实现此类操作。 然后,该仪器将在挑战机构的量子计算,NSF量子Leap挑战研究所中作为共享用户设施,并将允许对量子传送,量子误差校正,群集纠正,互动量子动态和量子量的量子进行实验研究。这些奖项通过评估NSF的范围和范围的范围。 标准。

项目成果

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