A Quantum Hybrid System for Linking Rydberg Atom Quantum Gates

连接里德伯原子量子门的量子混合系统

基本信息

  • 批准号:
    1104424
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

There has been significant progress constructing neutral atom quantum gates based on Rydberg atoms over the last year. These quantum gates are good candidates for building a scalable quantum computer because they possess the distinct advantage that the atomic ground states, where quantum information is stored, are weakly interacting while the Rydberg states, where gate operations are performed, are strongly interacting. These features make Rydberg atom quantum gates relatively immune to environmental noise and therefore show great promise as scalable systems for quantum devices. Theoretically, Rydberg atom ensembles can also be made to behave collectively as 'superatoms' using Rydberg atom dipole blockade to make Rydberg atom neutral quantum gates even more robust. One important element necessary to make Rydberg atom quantum gates useful and scalable is a way to transfer information between gates via the electromagnetic field. Our research focuses on developing this piece of the Rydberg atom quantum computation toolbox. We are investigating a new type of quantum hybrid system that can be used to transfer quantum information between 2 distinct clouds of Rydberg atoms. Rydberg atoms can interact strongly with surface polaritons and the surface polaritons can be used to transfer information between 2 distinct points in space. Surface polaritons are mixtures of crystal vibrations and light that can propagate along the surface of a dielectric solid, such as quartz. The project will support 2 graduate students who will complete the work described. The research program will also enable undergraduate students to participate through the senior thesis and NSF-REU programs at OU. Our research group has been successful with undergraduate research participation as demonstrated by the completion of 31 different senior theses and NSF-REU projects over the last 10 years. To help recruit new students to and teach the students working on the project, the PI will include topics relevant to this research in the summer course in advanced research topics that he has taught in the past, interrupted only by a sabbatical, to faculty, graduate students and summer undergraduate research students, most recently at OU-Tulsa. Our work will also open, to our knowledge, an almost unexplored atom field interaction, that which occurs between Rydberg atoms and surface phonon polaritons. This area of research can contribute to a better understanding of surfaces and to the development of polaritronic devices. This is important because the frequencies spanned by polaritons are at the interface between photonic and electronic devices. This work will also help to develop readout schemes for other atomic based devices that can be integrated into atom chips and interfaced to conventional electronics.
在过去的一年中,基于里德伯原子的中性原子量子门的构建取得了重大进展。这些量子门是构建可扩展量子计算机的良好候选者,因为它们具有独特的优势,即存储量子信息的原子基态是弱相互作用的,而执行门操作的里德伯态是强相互作用的。这些特征使得里德伯原子量子门相对不受环境噪声的影响,因此作为量子器件的可扩展系统显示出很大的希望。理论上,里德伯原子系综也可以像“超原子”一样集体行为,使用里德伯原子偶极子封锁使里德伯原子中性量子门更加坚固。使里德伯原子量子门有用和可扩展的一个重要因素是通过电磁场在门之间传递信息的方法。我们的研究重点是开发里德伯原子量子计算工具箱。我们正在研究一种新型的量子混合系统,它可以用来在两种不同的里德伯原子云之间传递量子信息。里德伯原子可以与表面极化子发生强烈的相互作用,表面极化子可以用来在空间中两个不同的点之间传递信息。表面极化子是晶体振动和光的混合物,可以沿着介电固体(如石英)的表面传播。该项目将支持2名研究生完成所描述的工作。该研究项目还将使本科生能够参与公开大学的高级论文和NSF-REU项目。在过去的10年里,我们的研究小组成功地参与了本科生的研究,完成了31篇不同的高级论文和NSF-REU项目。为了帮助招收新学生和教授从事该项目的学生,PI将在他过去教过的高级研究主题的暑期课程中包括与该研究相关的主题,这些主题仅在休假期间中断,对教师,研究生和暑期本科生进行研究,最近一次是在OU-Tulsa。我们的工作也将打开,据我们所知,一个几乎未被探索的原子场相互作用,发生在里德伯原子和表面声子极化子之间。这一领域的研究有助于更好地理解表面和极化电子器件的发展。这一点很重要,因为极化子所跨越的频率位于光子和电子器件之间的界面上。这项工作还将有助于开发其他基于原子的器件的读出方案,这些器件可以集成到原子芯片中,并与传统电子设备接口。

项目成果

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