КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 23-42-00031

НазваниеМногочастичные точные перепутанные состояния в масштабируемых гетероядерных массивах одиночных атомов

РуководительБетеров Илья Игоревич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2023 - 2025 

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-304 - Спектроскопия

Ключевые словахолодные атомы, ридберговские состояния

Код ГРНТИ29.29.39


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Генерация квантово-перепутанных состояний многочастичных квантовых систем – одна из наиболее фундаментальных и сложных задач современной физики. В 2012 году Нобелевская премия по физике была присуждена за развитие методов управления квантовыми состояниями индивидуальных квантовых систем. В последнее время был достигнут значительный прогресс в получении с высокой точностью перепутанных состояний различных квантовых систем, включая фотоны, сверхпроводники, ультрахолодные атомы и ионы. В то же время, демонстрация перепутанных состояний многочастичных квантовых систем с высокой точностью остается исключительно трудной задачей. Наиболее серьезные успехи в получении перепутанных состояний квантовых систем достаточно большого масштаба были достигнуты для сверхпроводников, ультрахолодных ионов и фотонов. В то же время, другие физические платформы тоже представляют интерес для существенного увеличения размерности квантово-перепутанной системы. Преимущество нейтральных атомов в массивах оптических дипольных ловушек заключается в том, что размерность массива атомов ограничена только мощностью лазерного излучения, используемого для захвата атомов. Кроме того, в отличие от искусственных твердотельных систем, все атомы одного химического элемента идентичны. Это позволяет получать перепутанные состояния в упорядоченном атомном ансамбле универсальными способами. До сих пор основные усилия в получении перепутанных состояний нейтральных атомов были нацелены на повышение точности при генерации перепутанных состояний двух атомов за счет диполь-дипольного взаимодействия. С увеличением размерности атомного ансамбля необходимо рассматривать и другие задачи, включая получение перепутанных состояний удаленных друг от друга атомов, подавление декогерентизации в атомном ансамбле и повышение точности измерения конечного состояния ансамбля за счет уменьшения влияния соседних атомов друг на друга в процессе измерения. Для получения перепутанных состояний нейтральных атомов они кратковременно возбуждаются в ридберговские состояния, вследствие этого возникает их диполь-дипольное взаимодействие. Из-за высокой чувствительности ридберговских атомов к внешним электрическим полям важно точно контролировать электрические поля во время эксперимента. Основная цель проекта – разработка методов прецизионного управления квантовыми состояниями ультрахолодных нейтральных атомов для получения многочастичных перепутанных состояний с высокой точностью. Перспективный подход – использование гетероядерных взаимодействий атомов, ранее исследованных в работах команд – участниц данного проекта. Атомы различных изотопов или химических элементов могут захватываться в массивы оптические дипольные ловушки для разных пространственных конфигураций. В гетероядерных атомных системах расширяются возможности для управления энергией взаимодействия ридберговских атомов и уменьшения влияния атомов друг на друга во время измерения конечных состояний атомов. Увеличение энергии взаимодействия за счет гетероядерных резонансов Фёрстера позволяет получить перепутанные состояния атомов, находящихся далеко друг от друга. В рамках проекта мы также планируем увеличить время сохранения когерентности перепутанных состояний атомов до миллисекунд. Мы также найдем наиболее перспективные приложения многочастичного квантового перепутывания в пространственно упорядоченных атомных ансамблях.

Ожидаемые результаты
1. Разработать новые методы экспериментальной реализации масштабируемых гетероядерных массивов ультрахолодных нейтральных атомов. Мы изучим проблемы, которые возникают с увеличением масштаба квантового регистра и найдем их возможные решения. В конечном итоге, мы рассчитываем получить не содержащий дефектов гетероядерный массив из сотен атомов. 2. Будут проведены экспериментальные и теоретические исследования гетероядерных атомных систем для масштабирования квантового перепутывания в массиве атомов. Мы рассчитываем обнаружить преимущества, связанные с расширенными возможностями управления энергиями взаимодействия в гетероядерных атомных системах и гомоядерных системах, в которых реализовано асимметричное возбуждение атомов в ридберговские состояния. Ожидаемая точность двухкубитовых вентилей должна превысить 0.99, а для многокубитовых вентилей – превысит 0.9 3. Будут разработаны методы подавления декогерентизации многочастичных перепутанных состояний гетероядерного массива атомов. Время когерентности перепутанных состояний гетероядерных атомов будет увеличено до миллисекунд. 4. Поиск наиболее перспективных применений многочастичного квантового перепутывания в пространственно упорядоченных гетероядерных атомных ансамблях, например неразрушающие измерения квантовых состояний ансамбля или увеличение фазовой чувствительности в атомных интерферометрах. Будет найдено и обосновано минимум одно приложение.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ