Hybrid Quantum System of Excitons and Superconductors

激子和超导体的混合量子系统

基本信息

  • 批准号:
    EP/X038556/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 107.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In the last 10 years, quantum computing has gone mainstream - with experiments expanding out of university research labs and into industrial R&D, led by technological giants like Google, Microsoft and IBM. Under the bonnet, many of these sophisticated machines rely on superconducting circuits to store and manipulate the quantum information. The operating frequency of these devices is similar to the clock speed of modern classical CPUs - around a few GHz. This frequency, or energy, scale is much, much smaller than that associated with room temperature, and so to get rid of thermal noise and operate in the quantum regime these devices must be cooled to a few thousandths of a degree above absolute zero. While this is possible for a single processor, it is much harder to achieve over the kilometre scales required to build a quantum network.To overcome this problem, the microwave quantum information needs to be up-converted to an optical signal that can be sent down an optical fibre, or via a satellite. The challenge is to do this efficiently without introducing additional decoherence that might destroy the fragile quantum state. Here we propose to build such a converter using Rydberg excitons - a ``quasi-particle'' with an atom-like spectrum of energy levels that exists inside a semiconducting material called cuprous oxide. Rydberg excitons provide strong coupling to optical and microwave fields and are easily prepared at the ultracold temperatures used in superconducting quantum devices. Our consortium recently became the first group to use Rydberg excitons to map a microwave signal onto light, and in this proposal, we will extend this work into the quantum regime. We will develop the methods required to physically integrate Rydberg excitons and superconducting circuits together, and study ways to maximise the coupling between them, as well as tackling the challenge of reducing optical losses in the conversion process.
在过去的10年中,量子计算已经成为主流 - 通过实验扩展了大学研究实验室,并以Google,Microsoft和IBM等技术巨头领导的工业研发。在引擎盖下,这些复杂的机器中的许多依赖于超导电路来存储和操纵量子信息。这些设备的工作频率类似于现代古典CPU的时钟速度 - 大约几个GHz。该频率或能量比例比与室温相关的量表要小得多,因此要摆脱量子噪声并在量子状态下运行,这些设备必须冷却至绝对零以上的几千分之一。尽管单个处理器可能是可能的,但是在建立量子网络所需的公里尺度上很难实现。为了克服此问题,需要将微波量子信息升级到可以通过光纤下发送的光信号,或者通过卫星。面临的挑战是在不引入可能破坏脆弱量子状态的额外的破裂的情况下进行有效的做法。在这里,我们建议使用rydberg激素构建这样的转换器 - ``准颗粒'',其具有原子的能级光谱,这些频谱在半导体的材料中,称为氧化铜氧化物。 Rydberg激子提供了与光学和微波场的强耦合,并且在超导量子设备的超低温度下很容易制备。我们的财团最近成为第一个使用Rydberg激子将微波信号映射到光线的组,在此提案中,我们将将这项工作扩展到量子状态。我们将开发将Rydberg激子和超导电路的物理整合所需的方法,并研究最大化它们之间耦合的方法,并应对减少转换过程中光学损失的挑战。

项目成果

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  • 作者:
    Matthew Jones
  • 通讯作者:
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    2024
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    $ 107.17万
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    $ 107.17万
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    $ 107.17万
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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 107.17万
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了