Spiraling Into Control: Ultra High-Impedance Superconducting Resonators for Strongly-Coupled Spin-Cavity QED

螺旋进入控制:用于强耦合自旋腔 QED 的超高阻抗超导谐振器

基本信息

  • 批准号:
    2210309
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Quantum technology has the potential to provide resource-efficient approaches to computing, communication, and sensing. Two leading platforms for quantum information processing are electron-spin qubits in semiconductors and superconducting circuits. This study aims to couple these two systems together to create a hybrid quantum system consisting of a single electron spin in a cavity which may have diverse applications in fields like metrology and quantum computing. Furthermore, this project aims to broaden participation of underrepresented minorities and improve STEM education by involving high-school summer interns from the Rochester City School District in the proposed research and developing course material on quantum science together with high-school teachers.The research proposed here will explore a new approach for quantum-mechanical interaction between individual electron-spin qubits and superconducting microwave photons, with the goal to establish strong coupling in a spin-cavity QED system. Although coupling between spins and superconducting microwave resonators has previously been demonstrated, the interaction is not strong enough for robust quantum-information-processing applications, including spin-photon state transduction and multi-qubit operations between distant spin qubits. To overcome this challenge, the proposed research will explore a new type of spiral microwave resonator, which is predicted to enable much stronger spin-photon coupling strengths than previous resonators, owing to its high impedance. This proposal aims to verify this prediction by fabricating niobium spiral resonators and integrating them with quantum dot spin-qubit devices. The large spin-photon coupling enabled by this work will pave the way for the realization of long-distance interactions between spins, spin-photon state transduction, and the creation of new hybrid quantum systems.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
量子技术有可能提供资源有效的计算,通信和感应方法。量子信息处理的两个领先平台是半导体和超导电路中的电子旋转量子。这项研究的目的是将这两个系统融合在一起,以创建一个混合量子系统,该系统由腔体中的单个电子自旋组成,该系统可能在诸如计量和量子计算之类的领域中具有多种应用。此外,该项目旨在通过参与罗切斯特市学区的高中暑期实习生参与拟议的研究并开发有关量子科学的课程材料以及高中教师的课程材料来扩大代表性不足的少数群体的参与并改善STEM教育一个自旋腔QED系统。尽管以前已经证明了旋转和超导微波谐振器之间的耦合,但这种相互作用不足以实现稳健的量子信息处理应用,包括旋转 - 光子状态态转导和远处旋转码头之间的多Qubition操作。为了克服这一挑战,拟议的研究将探索一种新型的螺旋微波谐波谐振器,由于其高阻抗,预计比以前的谐振器可以使旋转光子耦合强度更强。该提案旨在通过制造niobium螺旋谐振器并将其与量子点旋转量设备集成在一起来验证这一预测。这项工作启用的大型自旋光子耦合将为实现旋转,旋转 - photon国家转换之间的长距离相互作用铺平道路,并创建了新的混合量子系统。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识优点和广泛的criteria的评估来通过评估来进行评估,并值得通过评估。

项目成果

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