Collaborative Research: Quantum Control of Qudits and Quantum Transport in Optical Lattics

合作研究:光晶格中Qudits的量子控制和量子输运

基本信息

  • 批准号:
    0903692
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-08-01 至 2012-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This NSF award will support the development of general methods to control and measure physical systems whose behavior is governed by quantum mechanics. As a concrete physical testbed the project will use cold atoms and optical lattices (spatially periodic potential wells formed by interfering laser beams used to trap cold atoms). This system provides access to a broad range of quantum phenomena, and is considered one of the leading platforms for quantum information science such as quantum computation. The immediate goal is to develop robust and flexible control tools to manipulate quantum information encoded in finite sets of atomic ground states (qudits). By correlating the state of an atom with its position in an optical lattice, it becomes possible to control the quantum mechanical motion of atoms on a grid. Simultaneous quantum control of the internal and motional quantum states of atoms will be essential if the atom-lattice system is to be used for quantum computation and quantum simulation of condensed-matter physics, both of which are grand challenges pursued by research groups across the world.When physical devices are used to perform real world tasks, the process can be understood abstractly in terms of a system moving through a sequence of configurations (states) in response to external commands (controls). In practice, control of the device must be accurate and reliable even in the presence of errors and imperfections. This is a non-trivial challenge even for systems governed by classical mechanics, and has historically given rise to an entire engineering discipline known as Control Science. Modern advances in nanoscience is pushing technology into the quantum realm, and an analogous new field of Quantum Control must therefore be established. This NSF award will contribute substantially to the knowledge base of Quantum Control and Quantum Information Science. Notably, the tools and techniques developed for the cold atoms and optical lattice platform will be broadly applicable because a single set of mathematical principles underlie the design of controls for any quantum system, be it atomic, molecular, optical or condensed matter. All aspects of the research will involve graduate students, and will occur within the framework of the Center for Quantum Information and Control (CQuIC), a newly established joint venture involving principal investigators at the University of New Mexico and the University of Arizona. The award will thus contribute to the training of future scientists and researchers in Quantum Control and Quantum Information Science.
该奖项将支持控制和测量物理系统的一般方法的发展,这些系统的行为受量子力学控制。 作为一个具体的物理实验平台,该项目将使用冷原子和光学晶格(空间周期性的势威尔斯阱,由用于捕获冷原子的干涉激光束形成)。 该系统提供了对广泛的量子现象的访问,被认为是量子信息科学(如量子计算)的领先平台之一。 当前的目标是开发强大而灵活的控制工具,以操纵编码在有限原子基态(qudits)集合中的量子信息。 通过将原子的状态与其在光学晶格中的位置相关联,可以控制网格上原子的量子力学运动。 如果要将原子晶格系统用于凝聚态物理的量子计算和量子模拟,那么同时对原子的内部量子态和运动量子态进行量子控制将是必不可少的,这两者都是世界各地研究小组所追求的巨大挑战。当物理设备用于执行真实的世界任务时,该过程可以抽象地理解为系统响应于外部命令(控制)而通过一系列配置(状态)。 在实践中,即使存在误差和缺陷,设备的控制也必须准确可靠。 这是一个不平凡的挑战,即使是由经典力学控制的系统,并在历史上引起了整个工程学科称为控制科学。 纳米科学的现代进步正在将技术推向量子领域,因此必须建立一个类似的量子控制新领域。 该奖项将为量子控制和量子信息科学的知识基础做出重大贡献。 值得注意的是,为冷原子和光学晶格平台开发的工具和技术将具有广泛的适用性,因为任何量子系统的控制设计都基于一套数学原理,无论是原子、分子、光学还是凝聚态。 研究的所有方面都将涉及研究生,并将在量子信息和控制中心(CQuIC)的框架内进行,这是一个新成立的合资企业,涉及新墨西哥州大学和亚利桑那大学的主要研究人员。因此,该奖项将有助于培养量子控制和量子信息科学的未来科学家和研究人员。

项目成果

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