Strong coupling and coherence in hybrid solid state quantum systems

混合固态量子系统中的强耦合和相干性

基本信息

  • 批准号:
    EP/J001821/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 113.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2011 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In the last half century of human history we have seen an incredible revolution in our ability to process and disseminate information, with the rise of computers, high speed communication networks, and the internet. The pace of progress is still extremely high, but a major challenge is on the horizon, as the size of processing devices shrinks to approach the scale of single atoms. At such tiny length scales, the physics governing the operation of electronic devices changes fundamentally to obey the laws of quantum mechanics, and computer processors could no longer operate in the conventional way that they do today. This approaching horizon is both a challenge and an opportunity. It has now long been known theoretically that quantum mechanics can in fact be used to carry out computing and communication in ways that are impossible with 'classical' systems, and a large research effort is now underway across many scientific disciplines to realize such quantum communication and computation in a practical way.In this fellowship, a variety of promising candidate systems for use as quantum bits (qubits) on future quantum electronic chips will be brought together and investigated in a truly quantum coherent manner. Static qubits made from superconducting electric circuits, and electrons trapped in islands on semiconductor chips will be coupled to 'flying' qubits in the form of quanta of light (photons) and quanta of vibrational motion (phonons) on electronic chips cooled to their lowest quantum mechanical energy state at close to absolute zero. The research will address key questions of how long the fragile quantum nature of information can last in such systems, how the different systems can be made to interact and exchange quantum information, and how they can be brought together to ultimately form the basic building blocks of future quantum computers, such as quantum logic gates and quantum memories.A particular focus of the research is to explore the potential of a system known as cavity QED in which the interaction between atoms (or static qubits) and light (or flying qubits) is enhanced by trapping the light between mirrors that form a cavity. Such a system makes it possible to observe the exchange of energy or information between the atoms/qubits and the light at a much higher rate than in free space. In this particular project, this scenario is realized with microwave frequency photons or phonons trapped on the surface of an electronic chip, with static qubits fabricated in place inside the on-chip cavities. This architecture for cavity QED, and for quantum computing, is thought to be highly promising since scaling it up to larger numbers of qubits may be achieved using conventional processor fabrication techniques that exist today.
在人类历史的最后半个世纪里,随着计算机、高速通信网络和互联网的兴起,我们在处理和传播信息的能力方面见证了一场令人难以置信的革命。进展的速度仍然非常快,但随着处理设备的尺寸缩小到接近单个原子的规模,一个重大挑战即将出现。在如此微小的尺度下,支配电子设备运行的物理学发生了根本性的变化,遵循量子力学定律,计算机处理器不再能像今天这样以传统方式运行。即将到来的地平线既是挑战,也是机遇。从理论上讲,量子力学实际上可以用来进行计算和通信,这是经典系统不可能实现的。目前,许多科学学科正在进行大量的研究工作,以实现这种量子通信和计算的实用方式。在这个联谊会中,各种有望用作未来量子电子芯片上的量子比特(Qubit)的候选系统将被聚集在一起,并以真正的量子相干方式进行研究。由超导电路制成的静态量子比特和被困在半导体芯片上的孤岛上的电子将以光量子(光子)和振动运动量子(声子)的形式与电子芯片上冷却到接近绝对零度的最低量子力学能态的“飞行”量子比特耦合。这项研究将解决以下关键问题:信息的脆弱量子本质在这类系统中可以持续多久,如何让不同的系统相互作用和交换量子信息,以及如何将它们结合在一起,最终形成未来量子计算机的基本构件,如量子逻辑门和量子存储器。这项研究的一个特别重点是探索一种名为腔QED的系统的潜力,在这种系统中,原子(或静态量子比特)和光(或飞行量子比特)之间的相互作用通过将光捕获在形成腔的镜子之间来增强。这样的系统使得以比在自由空间高得多的速度观察原子/量子比特和光之间的能量或信息交换成为可能。在这个特殊的项目中,这种情况是通过捕获在电子芯片表面的微波频率光子或声子来实现的,并在芯片上的腔体内就地制造静态量子比特。这种用于腔QED和量子计算的架构被认为非常有希望,因为可以使用目前存在的传统处理器制造技术将其扩展到更大数量的量子比特。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Circuit quantum acoustodynamics with surface acoustic waves.
  • DOI:
    10.1038/s41467-017-01063-9
  • 发表时间:
    2017-10-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Manenti R;Kockum AF;Patterson A;Behrle T;Rahamim J;Tancredi G;Nori F;Leek PJ
  • 通讯作者:
    Leek PJ
Critical slowing down in the bistable regime of circuit quantum electrodynamics
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  • DOI:
    10.48550/arxiv.1907.13592
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Brookes P
  • 通讯作者:
    Brookes P
Surface acoustic wave resonators in the quantum regime
  • DOI:
    10.1103/physrevb.93.041411
  • 发表时间:
    2016-01-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Manenti, R.;Peterer, M. J.;Leek, P. J.
  • 通讯作者:
    Leek, P. J.
Critical slowing down in circuit quantum electrodynamics.
  • DOI:
    10.1126/sciadv.abe9492
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Brookes P;Tancredi G;Patterson AD;Rahamim J;Esposito M;Mavrogordatos TK;Leek PJ;Ginossar E;Szymanska MH
  • 通讯作者:
    Szymanska MH
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  • DOI:
    10.1103/physreva.95.042325
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Allen J
  • 通讯作者:
    Allen J
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