Microfabricated Ion-Cavity nodes for Robust, Optically-Networked Quantum Computing (MICRON-QC)

用于鲁棒光网络量子计算的微加工离子腔节点 (MICRON-QC)

基本信息

  • 批准号:
    EP/Y026438/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 268.81万
  • 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

Quantum computing is poised to transform the way we tackle humanity's hardest computational problems, but despite recent progress in qubit control and error-correcting code design, no qubit platform has convincingly demonstrated a route to free scalability. Of all platforms, trapped ions retain the record for high-fidelity qubit operations, and enable highly-connected architectures, greatly reducing gate-count for large devices. However, scaling of qubit numbers on a single, monolithic processor is expected to hit a ceiling far below that required for useful fault-tolerant computation, and the ultimate route to scalability lies in distributing the quantum computer across a network of smaller processors.This project will construct and operate the first reconfigurable network of trapped ion processors linked by single photons emitted over fibre interconnects, ultimately consisting of 5 nodes. I will demonstrate all the elements required for efficient large-scale networked computation including: a flying qubit encoding and wavelength suitable for high-fidelity long-range transmission; a reconfigurable photonic network enabling any-to-any node connectivity and entanglement of multiple node-pairs in parallel; and sufficient qubit resource within each node to permit the assembly of arbitrary entangled graph states across the network. I will construct cavity-based network interfaces at each node capable of near-deterministic ion-photon entanglement at 1MHz attempt rates, allowing remote ion-ion entanglement creation at 100kHz rates, close to those of local gates. Through a combination of informed protocol design and advanced microsystem engineering, I will demonstrate that this can be achieved with nodes of remarkably simple and robust construction, enabling near-autonomous operation. While the 5-node network will enable many fascinating experiments, the principal objective of the project will be to prove that a network of hundreds or thousands of nodes is within reach.
量子计算有望改变我们解决人类最严重的计算问题的方式,但是尽管量子控制和错误校正代码设计的最新进展,但没有令人信服的量子平台表现出一种自由可扩展性的途径。在所有平台中,被困的离子保留了高保真量子操作的记录,并启用高度连接的架构,从而大大降低了大型设备的门口。但是,单个整体处理器上的量子数缩放预计将击中远低于有用的容忍故障计算所需的天花板,而可伸缩性的最终途径在于在较小处理器的网络上分配量子计算机。将构建和操作由纤维互连发出的单个光子链接的被困离子处理器的第一个可重构网络,最终由5个节点组成。我将演示有效的大规模网络计算所需的所有元素,包括:适用于高保真长距离传输的飞行Qubit编码和波长;可重新配置的光子网络,可以并联多个节点连接和多个节点对的纠缠;每个节点内的足够量子资源允许在整个网络上组装任意纠缠的图形状态。我将以1MHz的尝试率在每个节点上构建基于空腔的网络接口,以近确定的离子 - 光子纠缠,从而使远程离子离子离子纠缠以100kHz的速率,接近当地门的速率。通过知情协议设计和高级微型系统工程的结合,我将证明,这可以通过非常简单且健壮的结构的节点来实现,从而实现了近乎自主的操作。尽管5节点网络将实现许多引人入胜的实验,但该项目的主要目标是证明数百或数千个节点的网络已触及。

项目成果

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