КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 21-42-00025
НазваниеНовые физические подходы к квантовой информатике и квантовой оптике со сверхпроводниковыми системами
Руководитель Астафьев Олег Владимирович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва
Конкурс №52 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова сверхпроводящие квантовые системы, кубиты, квантовая информатика, квантовая оптика, джозефсоновский переход, СВЧ, квантовая акустика
Код ГРНТИ29.19.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Главная цель состоит в разработке новой платформы для квантовой информатики и квантовой оптики. Квантовая информатика со сверхпроводящими квантовыми системами (искусственными атомами) - это быстро развивающаяся область науки и техники. Потенциальные возможности применения искусственных атомов не ограничены квантовой информатикой. Такие системы интересны также с точки зрения фундаментальной физики и для многих других перспективных применений в области зондирования, метрологии и т.д. Хотя сверхпроводящие квантовые системы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими квантовыми объектами (напр. атомы, квантовые точки), у них есть несколько проблем, ограничивающих их возможности. Проблемы заключаются (i) в больших размерах резонансных структур из-за значительной длины волны микроволн; (ii) в низкой ангармоничности кубитов, используемых в настоящее время в прототипах квантовых процессоров.
В рамках этого проекта мы исследуем несколько перспективных подходов, которые помогут решить поставленные задачи. В частности, мы будем разрабатывать и исследовать квантовые фононные системы и квантовую акустику, чтобы сделать схемы гораздо более компактными. Фононные системы на основе поверхностных акустических волн (ПАВ) позволяют резко уменьшить размеры гибридных устройств, поскольку длины волн в акустике примерно на пять порядков меньше, чем электромагнитных волн. Данные цепи будут сокращены путем замены электромагнитных резонаторов на акустические. Физически длинноволновые микроволновые фотоны будут заменены коротковолновыми фононами из-за огромной разницы в скоростях распространения. Мы будем исследовать и разрабатывать акустические устройства для квантовой информатики и устройства для квантовой акустики. Мы продемонстрируем работу гибридных устройств и управление квантовыми состояниями, а также исследуем возможность их использования в квантовой акустике (дуальной квантовой оптике).
Для решения проблемы низкой ангармоничности мы исследуем геометрии, альтернативные кубитам заряда низкой ангармоничности (например, трансмонам, X-монам и т. д.), которые в настоящее время широко используются для построения многокубитных схем. Устройства должны обладать аналогичной или лучшей производительностью. Перспективными кандидатами являются вариации потоковых кубитов, в частности гибридные RF-СКВИД устройства, двухконтурные кубиты и квартоны. Исследование связано с новыми материалами, такими как сильно неупорядоченные материалы и/или очень тонкие пленки обычных сверхпроводников. Чтобы в полной мере использовать преимущества систем с потоковыми кубитами, мы исследуем пи-контакты, реализованные в квантовых системах. В результате мы объединим ПАВ и альтернативные кубиты в гибридные устройства и продемонстрируем их работу.
Проект будет осуществляться в тесном сотрудничестве между российскими и китайскими университетами. Эта работа будет носить взаимодополняющий характер и использовать опыт и возможности обеих сторон. Все институты имеют различные возможности, опыт и знания, и мы стремимся совместно использовать их для достижения конечной цели проекта. Несколько ключевых членов международной команды имеют опыт успешного сотрудничества в области квантовой электродинамики со сверхпроводящими квантовыми системами, что подтверждается рядом совместных публикаций.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Дмитриев А.Ю., Астафьев О.В.
The perspective on superconducting flux qubits
Applied Physics Letter, 119, p. 080501 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0047690
2.
Федоров Г.П., Ремизов С.В., Шапиро Д.С., Погосов В.В., Егорова Е., Цицилин И., Андроник М, Доброносова А.А., Родионов И. А., Астафьев О.В., Устинов А.В.
Photon Transport in a Bose-Hubbard Chain of Superconducting Artificial Atoms
Physical Review Letters, 126, p.180503 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.180503
3.
Виктор Лубсанов, Владимир Гуртовой, Александр Семенов, Евгений Глушков, Владимир Антонов и Олег Астафьев
Materials for a broadband microwave superconducting single photon detector
IOP Publishing Ltd., номер = 10, том = 35, страницы = 105013 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-6668/ac8a24
4.
Калачева Дарья, Федоров Глеб, Храпач Иван, Астафьев Олег
Coplanar superconducting resonators with nonlinear kinetic inductance bridge
Superconductor Science and Technology, 36 055011 (год публикации - 2023)
10.1088/1361-6668/acbc53
5.
Гунин С.А., Дмитриев А.Ю., Васенин А.В., Тихонов К.С., Федоров Г.П., Астафьев О.В.
Quantum and classical field scattered on a single two-level system
Physical Review A, Phys. Rev. A 108, 033723 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.108.033723
6. Зотова Ю, Вонг Р., Семенов А.,Чжоу Ю., Храпач И., Томонага А., Астафьев О., Цай Дж-Ш. Compact Superconducting Microwave Resonators Based on Al-AlOx-Al Capacitors Physical Review Applied, Phys. Rev. Applied 19, 044067 (год публикации - 2023)
7.
Алексей Н. Болгар, Штефан В. Сандуляну, Александр Стрельников и Олег В. Астафьев
High Quality Quasinormal Modes of Phononic Crystals for Quantum Acoustodynamics
Springer New York, Journal of Low Temperature Physics (год публикации - 2022)
10.1007/s10909-022-02871-0
8.
А.В. Васенин, А.Ю. Дмитриев, С.В. Кадырметов, А.Н. Болгар, О.В. Астафьев
Dynamics of multiphoton scattering in a two-level mixer
American Physical Society, том = 106, выпуск = 4, страницы = L041701 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.L041701
Публикации
1.
Дмитриев А.Ю., Астафьев О.В.
The perspective on superconducting flux qubits
Applied Physics Letter, 119, p. 080501 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0047690
2.
Федоров Г.П., Ремизов С.В., Шапиро Д.С., Погосов В.В., Егорова Е., Цицилин И., Андроник М, Доброносова А.А., Родионов И. А., Астафьев О.В., Устинов А.В.
Photon Transport in a Bose-Hubbard Chain of Superconducting Artificial Atoms
Physical Review Letters, 126, p.180503 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.180503
3.
Виктор Лубсанов, Владимир Гуртовой, Александр Семенов, Евгений Глушков, Владимир Антонов и Олег Астафьев
Materials for a broadband microwave superconducting single photon detector
IOP Publishing Ltd., номер = 10, том = 35, страницы = 105013 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-6668/ac8a24
4.
Калачева Дарья, Федоров Глеб, Храпач Иван, Астафьев Олег
Coplanar superconducting resonators with nonlinear kinetic inductance bridge
Superconductor Science and Technology, 36 055011 (год публикации - 2023)
10.1088/1361-6668/acbc53
5.
Гунин С.А., Дмитриев А.Ю., Васенин А.В., Тихонов К.С., Федоров Г.П., Астафьев О.В.
Quantum and classical field scattered on a single two-level system
Physical Review A, Phys. Rev. A 108, 033723 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.108.033723
6. Зотова Ю, Вонг Р., Семенов А.,Чжоу Ю., Храпач И., Томонага А., Астафьев О., Цай Дж-Ш. Compact Superconducting Microwave Resonators Based on Al-AlOx-Al Capacitors Physical Review Applied, Phys. Rev. Applied 19, 044067 (год публикации - 2023)
7.
Алексей Н. Болгар, Штефан В. Сандуляну, Александр Стрельников и Олег В. Астафьев
High Quality Quasinormal Modes of Phononic Crystals for Quantum Acoustodynamics
Springer New York, Journal of Low Temperature Physics (год публикации - 2022)
10.1007/s10909-022-02871-0
8.
А.В. Васенин, А.Ю. Дмитриев, С.В. Кадырметов, А.Н. Болгар, О.В. Астафьев
Dynamics of multiphoton scattering in a two-level mixer
American Physical Society, том = 106, выпуск = 4, страницы = L041701 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.L041701
Публикации
1.
Дмитриев А.Ю., Астафьев О.В.
The perspective on superconducting flux qubits
Applied Physics Letter, 119, p. 080501 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0047690
2.
Федоров Г.П., Ремизов С.В., Шапиро Д.С., Погосов В.В., Егорова Е., Цицилин И., Андроник М, Доброносова А.А., Родионов И. А., Астафьев О.В., Устинов А.В.
Photon Transport in a Bose-Hubbard Chain of Superconducting Artificial Atoms
Physical Review Letters, 126, p.180503 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.180503
3.
Виктор Лубсанов, Владимир Гуртовой, Александр Семенов, Евгений Глушков, Владимир Антонов и Олег Астафьев
Materials for a broadband microwave superconducting single photon detector
IOP Publishing Ltd., номер = 10, том = 35, страницы = 105013 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-6668/ac8a24
4.
Калачева Дарья, Федоров Глеб, Храпач Иван, Астафьев Олег
Coplanar superconducting resonators with nonlinear kinetic inductance bridge
Superconductor Science and Technology, 36 055011 (год публикации - 2023)
10.1088/1361-6668/acbc53
5.
Гунин С.А., Дмитриев А.Ю., Васенин А.В., Тихонов К.С., Федоров Г.П., Астафьев О.В.
Quantum and classical field scattered on a single two-level system
Physical Review A, Phys. Rev. A 108, 033723 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.108.033723
6. Зотова Ю, Вонг Р., Семенов А.,Чжоу Ю., Храпач И., Томонага А., Астафьев О., Цай Дж-Ш. Compact Superconducting Microwave Resonators Based on Al-AlOx-Al Capacitors Physical Review Applied, Phys. Rev. Applied 19, 044067 (год публикации - 2023)
7.
Алексей Н. Болгар, Штефан В. Сандуляну, Александр Стрельников и Олег В. Астафьев
High Quality Quasinormal Modes of Phononic Crystals for Quantum Acoustodynamics
Springer New York, Journal of Low Temperature Physics (год публикации - 2022)
10.1007/s10909-022-02871-0
8.
А.В. Васенин, А.Ю. Дмитриев, С.В. Кадырметов, А.Н. Болгар, О.В. Астафьев
Dynamics of multiphoton scattering in a two-level mixer
American Physical Society, том = 106, выпуск = 4, страницы = L041701 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.L041701