| Tytuł projektu: Zasoby w Kwantowych Technologiach: Doświadczenie i Teoria |
Umowa:
UMO-2021/03/Y/ST2/00178
Czas realizacji:
2022-06-01 / 2025-05-31
Konsorcjum:
Koordynator
Sponsor:
NCN
Typ:
Quant-ERA
Konkurs:
Quant-ERA II Call 2021
Lista wykonawców:
| 1 | dr | Katarzyna Kowalczyk-Murynka |
| 2 | Piotr Masajada | |
| 3 | dr hab. | Alexander Streltsov♦ |
| ♦ kierownik |
Streszczenie:
Pojawienie się informatyki kwantowej i późniejszy rozwój technologii kwantowych jest mocno zakorzeniony w nowo odkrytym uznaniu właściwości fizycznych, takich jak spójna superpozycja, splątanie i entropia, jako zasobów. Zasoby te stanowią paliwo dla technologii kwantowych, które umożliwia im osiągnięcie wydajności wykraczającej poza ograniczenia narzucone przez fizykę klasyczną. Optymalne wykorzystanie zasobów w technologiach kwantowych wymaga jako podstawy zarówno solidnych ram matematycznych dla rygorystycznej charakterystyki, manipulacji i weryfikacji zasobów kwantowych, jak i technologii eksperymentalnych, które mogą nimi manipulować w praktyce. Opierając się na tych podstawach, teoria i eksperyment mogą następnie zaprojektować i zrealizować protokoły i urządzenia w celu dostarczenia zoptymalizowanych technologii kwantowych.
ExTRaQT to konsorcjum matematyków, fizyków teoretycznych i doświadczalnych, a także spektroskopistów molekularnych z udokumentowanymi osiągnięciami we współpracy, które podąży tą drogą, opracowując teoretyczne i eksperymentalne podstawy manipulacji zasobami kwantowymi oraz, w ścisłej współpracy między tymi dziedzinami, zademonstruje eksperymentalnie kluczowe elementy kwantowych silników cieplnych i zastosuje te koncepcje, aby uzyskać nowy wgląd w kwantową dynamikę układów biomolekularnych. W tym celu ExTRaQT będzie:
i) Rozwijać matematyczne podstawy teorii zasobów dla stanów, operacji i dynamiki oraz stosować je w szczególności do zasobów koherencji i procesów termodynamicznych w skali kwantowej. Kluczowe procesy w tych teoriach zasobów zostaną zidentyfikowane, aby wykorzystać je jako podstawę do ich eksperymentalnej realizacji.
ii) Zaprojektuje teoretycznie i zoptymalizuje numerycznie eksperymentalne projekty kluczowych procesów manipulacji zasobami i silników cieplnych w skali kwantowej w oparciu o realistyczne parametry eksperymentalnych platform uwięzionych jonów i układów biomolekularnych.
iii) Wykorzystanie kwantowych technologii uwięzionych jonów do realizacji kwantowych silników cieplnych w skali atomowej w kontakcie z klasycznymi i kwantowymi łaźniami cieplnymi oraz analiza ich wydajności pod kątem teorii zasobów termodynamiki kwantowej. Zaprojektowanie i realizacja symulatora kwantowego dla otwartych układów kwantowych w kontakcie ze strukturalnymi zbiornikami zdolnymi do emulacji dynamiki układów biomolekularnych.
iv) Obserwacja koherentnej dynamiki kwantowego transportu elektronowo-wibracyjnego w układach biomolekularnych, ocena roli dynamiki koherentnej i analiza tej dynamiki w kategoriach kwantowych silników cieplnych. Struktura elektronowa i wibracyjna tych układów będzie dostosowana do osiągnięcia kontroli nad procesami termodynamicznymi w takich układach.
Indywidualnie, członkowie ExTRaQT wnieśli fundamentalny wkład we wszystkie aspekty tematu projektu. W ramach ExTRaQT po raz pierwszy utworzą zintegrowaną interdyscyplinarną współpracę w celu opracowania teorii zasobów, zastosowania ich eksperymentalnie w ulepszonych technologiach kwantowych, a także badania dynamiki kwantowej w układach biologicznych.