Developing Molecular Quantum Technologies

开发分子量子技术

基本信息

  • 批准号:
    EP/W00299X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 211.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Quantum Technologies promise to harness the power of quantum mechanics to deliver a new generation of devices whose performance surpasses what is possible with conventional technology. We can expect Quantum Technologies to deliver more powerful methods of computation, completely secure communication, enhanced metrology and sensors with unparalleled sensitivity. Accordingly, the development of Quantum Technologies has attracted substantial investments from national funding agencies worldwide, including in the UK and USA, as well as significant private investment in numerous start-up companies.Many Quantum Technology platforms are being developed, including trapped ions, ultracold atoms, superconducting devices and photons, each with their own strengths and weaknesses. Compared to these more established technologies, ultracold molecules are new to the arena. And yet molecules have many advantages stemming from their rich internal structure of vibration and rotation, long-range dipole-dipole interactions and strong coupling to applied electric and microwave fields.The goal of this proposal is to establish an international collaboration focused on overcoming the scientific and technical challenges that lie between our current experimental platforms and the realisation of molecular Quantum Technologies.Our collaboration involves researchers from Durham University, Imperial College, Oxford University, Harvard University and JILA at the University of Colorado. Our team consists of 10 world-leading investigators, all of whom are embedded in internationally recognised centres of excellence for atomic, molecular and optical physics research. Each investigator brings complementary expertise spanning the experimental and theoretical methods needed to realise our vision. Over the last decade, we have all individually contributed to the transformation of the field of ultracold molecules. We have learned how to produce a wide range of molecular species at ultracold temperatures - the key first step necessary to reveal and access the quantum behaviour of molecules. Subsequently, we have learned to trap, manipulate and control individual molecules at the quantum level. With our molecules now under control and a wave of second-generation experimental platforms coming online, we are on the cusp of a new era for ultracold molecule research. Now is therefore the perfect time for us to join forces and coordinate our research effort in this flourishing field towards Quantum Technology.Our specific research programme is organised around three major, inter-related goals. Firstly, we will learn to control molecule-molecule and atom-molecule collisions and interactions, enabling us to further cool our molecules deep into the quantum regime. Secondly, with our control of molecule-molecule interactions, we will create many-body quantum states of molecules in optical lattices suitable for quantum simulation of systems that are difficult to model on a classical device. Finally, we will learn how to engineer high-fidelity quantum gates between molecules held in optical tweezers - the essential building block of a molecule-based quantum computer.Successful delivery of these ambitious research goals will establish ultracold molecules as a competitive Quantum Technology and will enhance the UK's leadership in this strategically important area.
量子技术承诺利用量子力学的力量来提供新一代设备,其性能超越传统技术。我们可以期待量子技术提供更强大的计算方法、完全安全的通信、增强的计量和具有无与伦比的灵敏度的传感器。因此,量子技术的发展吸引了包括英国和美国在内的世界各地国家资助机构的大量投资,以及众多初创公司的大量私人投资。许多量子技术平台正在开发中,包括俘获离子、超冷原子、超导装置和光子,各自有自己的优点和缺点。与这些更成熟的技术相比,超冷分子是该领域的新技术。然而,分子由于其丰富的振动和旋转内部结构、长程偶极-偶极相互作用以及与应用电场和微波场的强耦合而具有许多优势。该提案的目标是建立一个国际合作,专注于克服科学难题以及我们当前的实验平台和实现分子量子技术之间存在的技术挑战。我们的合作涉及来自杜伦大学、帝国理工学院、牛津大学、哈佛大学和科罗拉多大学 JILA 的研究人员。我们的团队由 10 名世界领先的研究人员组成,他们都在国际公认的原子、分子和光学物理研究卓越中心工作。每位研究者都带来了实现我们愿景所需的实验和理论方法的互补专业知识。在过去的十年中,我们都为超冷分子领域的变革做出了个人贡献。我们已经学会了如何在超冷温度下产生各种分子物种——这是揭示和了解分子量子行为所必需的关键的第一步。随后,我们学会了在量子水平上捕获、操纵和控制单个分子。随着我们的分子现已受到控制,以及一波第二代实验平台的上线,我们正处于超冷分子研究新时代的风口浪尖。因此,现在是我们在这个蓬勃发展的量子技术领域联手协调研究工作的最佳时机。我们的具体研究计划围绕三个主要的、相互关联的目标进行组织。首先,我们将学习控制分子与分子以及原子与分子的碰撞和相互作用,使我们能够进一步将分子冷却到量子状态深处。其次,通过对分子间相互作用的控制,我们将在光学晶格中创建分子的多体量子态,适用于难以在经典设备上建模的系统的量子模拟。最后,我们将学习如何在光镊中的分子之间设计高保真量子门,这是基于分子的量子计算机的基本构建模块。这些雄心勃勃的研究目标的成功实现将使超冷分子成为一种具有竞争力的量子技术,并将加强英国在这一具有重要战略意义的领域的领导地位。

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)
Interaction Potential for NaCs for Ultracold Scattering and Spectroscopy.
用于超冷散射和光谱学的 NaC 相互作用潜力。
Making molecules by mergoassociation: two atoms in adjacent nonspherical optical traps
通过合并缔合制造分子:相邻非球形光陷阱中的两个原子
  • DOI:
    http://dx.10.48550/arxiv.2307.10295
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bird R
  • 通讯作者:
    Bird R
Controlling collisional loss and scattering lengths of ultracold dipolar molecules with static electric fields
用静电场控制超冷偶极分子的碰撞损失和散射长度
  • DOI:
    http://dx.10.1103/physrevresearch.6.013145
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Mukherjee B
  • 通讯作者:
    Mukherjee B
Long-range states and Feshbach resonances in collisions between ultracold alkali-metal diatomic molecules and atoms
超冷碱金属双原子分子与原子碰撞中的长程态和费什巴赫共振
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.5.023001
  • 发表时间:
    2022-12-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Matthew D. Frye;J. Hutson
  • 通讯作者:
    J. Hutson
Shielding collisions of ultracold CaF molecules with static electric fields
屏蔽超冷 CaF 分子与静电场的碰撞
  • DOI:
    http://dx.10.48550/arxiv.2305.07600
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mukherjee B
  • 通讯作者:
    Mukherjee B
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