Quantum simulation and quantum information technology with trapped ions

俘获离子的量子模拟和量子信息技术

基本信息

  • 批准号:
    327130-2011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This proposal is focused on the use of laser-cooled, trapped ions for applications in the emerging field of quantum information science. Experiments will focus on controlling the unusual and counterintuitive behaviour associated with the quantum mechanical laws of nature, and on harnessing such phenomena for new applications in physics and information technology. The ultimate, underlying goal is to develop the building blocks for a radically different and potentially powerful computing device that is based on quantum principles. Achieving the level of complexity and low errors required for fault-tolerant quantum computing is an ongoing worldwide research effort, but the laser and ion-trap technologies which have been developed so far offer the opportunity to apply them to more specialized and potentially less demanding applications in the nearer term. The research proposed here aims to use trapped Ytterbium ions to construct a small-scale quantum simulator, with the purpose of studying model "quantum materials" at the level of single atoms. In particular, experiments will explore the use of ions trapped in one-dimensional arrays to simulate a network of effective magnetic spins. Mutual interactions between the spins will be engineered by tailoring laser-induced forces applied to the ions. Through these research goals, we also plan to contribute to the development of ion-trap quantum information technology in concert and collaboration with other ion-trapping groups. The research program will make use of micro-fabricated ion trapping technology from Sandia National Laboratories, with an eye towards future applications with more ions and more sophisticated control. Quantum information technology has revolutionary implications that span several modern areas of concern, including communications security, computational speed-up, and quantum materials research. The experiments enabled by this grant will have the potential for impact wherever quantum mechanical manipulation of information is being investigated, such as the area of nanotechnology.
该提案的重点是使用激光冷却的捕获离子在新兴的量子信息科学领域中的应用。实验将集中于控制与自然量子力学定律相关的不寻常和违反直觉的行为,并利用这些现象在物理和信息技术中的新应用。最终的根本目标是开发基于量子原理的完全不同且潜在强大的计算设备的构建模块。 实现容错量子计算所需的复杂性和低错误水平是一项全球范围内正在进行的研究工作,但迄今为止开发的激光和离子阱技术提供了将它们应用于近期更专业且可能要求较低的应用的机会。这里提出的研究旨在利用捕获的镱离子构建小型量子模拟器,目的是研究单原子水平的模型“量子材料”。 特别是,实验将探索使用一维阵列中捕获的离子来模拟有效磁自旋网络。自旋之间的相互相互作用将通过定制施加在离子上的激光诱导力来设计。通过这些研究目标,我们还计划与其他离子捕获小组协同合作,为离子捕获量子信息技术的发展做出贡献。该研究计划将利用桑迪亚国家实验室的微制造离子捕获技术,着眼于未来具有更多离子和更复杂控制的应用。 量子信息技术具有革命性的影响,涉及多个现代关注领域,包括通信安全、计算加速和量子材料研究。这笔资助所支持的实验将有可能对正在研究信息的量子力学操纵的任何地方产生影响,例如纳米技术领域。

项目成果

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知道了