Ultrafast quantum logic gates with trapped ions

具有捕获离子的超快量子逻辑门

基本信息

  • 批准号:
    0904004
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2012-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum computing is a rapidly developing area of both theoretical and experimental research in physics and computer science. Several important computational tasks would execute much faster on a quantum computer; additionally, complex systems of great importance to physics, material science, chemistry and biosciences can be modeled efficiently on a quantum computer, where a regular computer fails. Of the many possible realizations of a quantum computer, the system of trapped, laser-cooled atomic ions has so far shown the greatest promise. Here, the information is stored in the energy levels of individual ions localized in free space by means of radiofrequency traps, while the logic operations ("gates") are performed by shining properly tuned lasers on the ions. In this project we will investigate a new type of logic gates with trapped ion enabled by the very short-pulsed ("ultrafast") laser technology. We expect these new gates to be 100 to 1000 times faster than the types of gates used to date, thus dramatically increasing the computational speed.Demonstration of ultrafast quantum logic gates with trapped ions will pave way to more robust quantum computation with trapped atomic ions. The potential of applying the fast-pulsed lasers to a large number of ions is promising for efficient quantum simulations of complex systems, as well as for the alternative quantum computation schemes - the "cluster state" and the "topological" models. Ultrafast excitation of cold, trapped ions has important applications to basic spectroscopic measurements, searches for time variations of fundamental constants and to precision metrology. The educational part of this program includes further developing and establishing undergraduate and graduate curriculum in quantum information and quantum computation while actively involving women and minorities in cutting edge physics research and reaching out to the broader society through public and guest lectures in the Seattle area liberal arts colleges.
量子计算是物理学和计算机科学中理论和实验研究的快速发展领域。几个重要的计算任务在量子计算机上执行的速度会快得多;此外,对物理学、材料科学、化学和生物科学非常重要的复杂系统可以在量子计算机上有效地建模,而常规计算机无法做到这一点。在量子计算机的许多可能实现中,激光冷却的原子离子捕获系统迄今为止表现出最大的希望。在这里,信息通过射频陷阱存储在自由空间中定位的单个离子的能级中,而逻辑操作(“门”)通过在离子上照射适当调谐的激光来执行。在本计画中,我们将研究一种新型的利用超短脉冲雷射技术所能实现的离子陷阱逻辑闸。我们预计这些新的门将比目前使用的门快100到1000倍,从而显着提高计算速度。具有捕获离子的超快量子逻辑门的演示将为更强大的量子计算铺平道路。将快脉冲激光应用于大量离子的潜力对于复杂系统的有效量子模拟以及替代量子计算方案-“簇态”和“拓扑”模型是有希望的。冷离子的超快激发在基本光谱测量、基本常数随时间变化的研究和精密计量学中有重要的应用。该计划的教育部分包括进一步开发和建立量子信息和量子计算的本科生和研究生课程,同时积极参与前沿物理研究的妇女和少数民族,并通过西雅图地区文科学院的公共和客座讲座接触更广泛的社会。

项目成果

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