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
- 来源:
- 关键词:
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.
我们日常生活中使用的许多技术都采用测量和反馈来稳定运行。 例如,飞机上的传感器向副翼、升降舵和方向舵反馈信息,以便按照预设航线自动驾驶。 不太明显的是,计算机和手机中的电子电路利用反馈来可靠地计算,尽管制造上存在缺陷。 同样,基于量子物理学的未来技术预计将依赖于基于测量的反馈。 此类技术的应用包括量子计算(这将需要稳健地执行量子纠错)以及量子传感和通信。 受此类应用的启发,物理学家普遍对所谓的开放量子力学系统感兴趣,在该系统中,偶尔会测量系统的一小部分,而系统的其余部分则保留量子相干性和纠缠性。 对这些系统中出现的新型现象有理论预测,但很少有实验平台可以测试这些预测。该计划的目标是能够测量复杂量子系统的一部分,同时系统的其余部分继续一致演化。 这种能力将在光学捕获的单原子阵列中具体实现。 这些原子内部状态的演化将由光脉冲控制,这些光脉冲要么改变单个原子的状态,要么耦合和纠缠单独光陷阱中的原子状态。 这种程控量子演化过程中的测量将通过光学方式进行,使用光学谐振器在短时间内实现高保真测量,并且不会干扰阵列中的其他原子。 然后,测量结果可用于修改光控制脉冲,从而影响复杂量子系统的反馈。 将开发激光光学系统和实验控制系统来实现这种操作。 然后,该仪器将作为量子计算挑战研究所(NSF 量子飞跃挑战研究所)内的共享用户设施运行,并将允许进行量子隐形传态、量子纠错、簇态生成、交互式量子动力学和量子-量子计算的实验研究。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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