Destillation av kvantinformation i bosoniska kvantdatorer

Forskningsprojekt, 2024 – 2027

Kvantmekaniken är en av naturens mest grundläggande teorier. Den beskriver en värld av atomer, molekyler och partiklar på mikroskopisk nivå, en värld med specifika och allt annat än intuitiva egenskaper. Kvantobjekt kan inte bara befinna sig i väldefinierade positioner, som ”här” eller ”där”, utan i alla möjliga kombinationer av ”här” och ”där” på samma gång. Forskningen förutspår att en dator baserad på kvantmekaniska regler och principer – en kvantdator – skulle kunna användas för att lösa vissa problem snabbare än klassiska datorer. Detta fenomen kallas kvantfördel (”quantum advantage”). Kvantdatorer kan byggas genom att använda olika teknologier och komponenter, till exampel supraledande metaller, atomer, eller kvantstrålning med olika frekvenser, exempelvis ljus eller mikrovågsstrålning. Kvantpartiklar eller kvantstrålning måste arrangeras och kontrolleras på ett precis sätt. Som för vanliga datorer kallar vi dessa arrangemang arkitekturer. Det är dock inte alla kvantarkitekturer som kan uppvisa kvantfördel, och förståelsen för vilka som gör det är avgörande för att kunna bygga fullstora kvantdatorer som räknar snabbare än klassiska datorer. Vissa arkitekturer är lika snabba som vanliga datorer, med de blir kraftfullare när vi lägger till speciella kvanttillstånd, så kallade magiska kvanttillstånd.  I detta projekt studerar jag därför nya protokoll för att skapa magiska tillstånd i kvantdatorer baserade på ljus eller mikrovågsstrålning. Den största svårigheten med att bygga en kvantdator är att den yttre miljön stör de kvantmekaniska egenskaperna genom att skapa brus och göra kvanttillstånden orena. För att magiska tillstånd ska kunna ge kvantfördel, måste de vara tillräckligt rena. Jag ska studera nya protokoll för att rena magiska tillstånd och däremot motverka effekterna av brus, så att de magiska tillstånden kan förse beräkningarna med kvantfördel.