Entangled Rydberg matter for quantum sensing and simulations

用于量子传感和模拟的纠缠里德伯物质

基本信息

  • 批准号:
    EP/R04340X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Owed to their remarkable properties trapped Rydberg atoms and ions are ideal systems for realizing quantum simulators and sensors. The strong and long-ranged dipolar interactions between Rydberg matter is the basis for entangling gates. The long lifetime of circular Rydberg states leads to long coherence times, enabling gates with high fidelity and quantum simulation over long times. Large transition dipole moments make Rydberg atoms and ions highly sensitive to electric fields, microwave and terahertz radiation.In this project, we will exploit these unique physical features to build two devices: A Rydberg quantum simulator and a Rydberg-enabled quantum sensor. In particular, we will realize quantum gates based on dipolar Rydberg interaction, and bring their performance to a new level using coherent control methods. We will employ dipolar interactions for realizing quantum simulators and apply them to simulate coupled spin and spin-boson systems through digital and analogue approaches. This will enable the investigation of quantum-controlled structural phase transitions as well as the simulation of the motional mode structure of molecules. We will develop highly sensitive probes for electric fields and microwave radiation based on Rydberg-excited ions that can be positioned with nanometer precision and cooled down to micro-Kelvin temperature. This will enable local measurements of electric and microwave fields with high sensitivities that will be further improved through the use of entangled quantum states and dynamical decoupling schemes. Our research will deliver the enabling steps for a future Rydberg-enhanced quantum technology base thereby securing the competitiveness of the European Research Area.
由于其卓越的特性,捕获里德伯原子和离子是实现量子模拟器和传感器的理想系统。里德伯物质之间强烈且长程的偶极相互作用是纠缠门的基础。圆形里德伯态的长寿命导致相干时间长,从而使门具有高保真度和长时间的量子模拟。大的跃迁偶极矩使里德伯原子和离子对电场、微波和太赫兹辐射高度敏感。在这个项目中,我们将利用这些独特的物理特征来构建两个设备:里德伯量子模拟器和支持里德伯的量子传感器。特别是,我们将实现基于偶极里德伯相互作用的量子门,并利用相干控制方法将其性能提升到一个新的水平。我们将利用偶极相互作用来实现量子模拟器,并通过数字和模拟方法应用它们来模拟耦合自旋和自旋玻色子系统。这将使量子控制结构相变的研究以及分子运动模式结构的模拟成为可能。我们将开发基于里德伯激发离子的高灵敏度电场和微波辐射探针,这些探针可以以纳米精度定位并冷却至微开尔文温度。这将使高灵敏度的电场和微波场局部测量成为可能,并且通过使用纠缠量子态和动态解耦方案将进一步改进这种测量。我们的研究将为未来里德堡增强的量子技术基础提供有利的步骤,从而确保欧洲研究领域的竞争力。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A non-equilibrium quantum many-body Rydberg atom engine
非平衡量子多体里德伯原子发动机
  • DOI:
    10.48550/arxiv.1912.01479
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Carollo F
  • 通讯作者:
    Carollo F
Stable single light bullets and vortices and their active control in cold Rydberg gases
  • DOI:
    10.1364/optica.6.000309
  • 发表时间:
    2019-03-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Bai, Zhengyang;Li, Weibin;Huang, Guoxiang
  • 通讯作者:
    Huang, Guoxiang
Measurement-feedback control of the chiral photon emission from an atom chain into a nanofiber
从原子链到纳米纤维的手性光子发射的测量反馈控制
Emergence and control of complex behaviors in driven systems of interacting qubits with dissipation
  • DOI:
    10.1038/s41534-020-00339-1
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    A. Andreev;A. Balanov;T. Fromhold;M. Greenaway;A. Hramov;W. Li;V. Makarov;A. Zagoskin
  • 通讯作者:
    A. Andreev;A. Balanov;T. Fromhold;M. Greenaway;A. Hramov;W. Li;V. Makarov;A. Zagoskin
Nonequilibrium Quantum Many-Body Rydberg Atom Engine.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.124.170602
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    F. Carollo;F. M. Gambetta;K. Brandner;J. P. Garrahan;I. Lesanovsky
  • 通讯作者:
    F. Carollo;F. M. Gambetta;K. Brandner;J. P. Garrahan;I. Lesanovsky
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