أخبار عن المشروع

PANDA: عدم خطية الفوتونات والذرات والتطبيقات الحتمية عبر المصفوفات

تعد الخصائص الكمومية للفوتونات — التي تسمح بنقل طويل المدى منخفض الخسارة، وتعدد إرسال كميات كبيرة من المعلومات الكمومية في قناة واحدة، والعمليات في إعدادات قياسية بدرجة حرارة الغرفة — واعدة للغاية بالنسبة للحوسبة الكمومية القابلة للتطوير (QC). ومع ذلك، فإن التفاعل المنخفض يعد نقطة ضعف كبيرة بالنسبة لمعالجة المعلومات الكمومية (QIP)، حيث تتطلب الدوائر الكمومية تفاعلات بين الفوتونات. حتى الآن، لم يتم تسهيل تفاعلات الفوتونات الثنائية إلا إما بشكل احتمالي بكفاءة منخفضة أو بين الفوتونات الفردية عبر وسطاء مع أخطاء كبيرة جدًا بحيث لا تصلح للتطبيق العملي في معالجة المعلومات الكمومية.

يهدف مشروع PANDA إلى تحقيق هدف طموح يتمثل في بناء الأساس لكمبيوتر كمي ضوئي: مجموعة من ذرات السترونتيوم المتعادلة ذات مسافات أقل من الطول الموجي، مصممة بعناية للاستفادة من التأثيرات الجماعية لتنفيذ تفاعلات حتمية بين الفوتونات دون أي خسارة. وبالاقتران مع معالجة جديدة عالية الكفاءة للفوتونات الفردية، سنقوم ببناء منصة قوية للعمليات غير الخطية القوية والفعالة والقابلة للتحكم مع العديد من تطبيقات QIP. وتشمل هذه التطبيقات بوابات كمية ثنائية الفوتون حتمية ذات كفاءة ومعدلات تكرار غير مسبوقة. سنطبق منصتنا بشكل خاص على QIP المتغير المستمر (CV)، ولا سيما QC القائم على القياس، الذي يستفيد بشكل كامل من مزايا مجال الضوء الكمي، ولكنه أعيق بسبب الافتقار إلى توليد حالة فوتون حتمية غير غاوسية ولم يتم تناوله في Quantum Flagship. سيعالج استخدام منصتنا لطرح الفوتونات الحتمية هذه المشكلة، ومع خارطة طريق نظرية CV التي سنطورها، سنمهد الطريق لـ QC الضوئي. ستكون بواباتنا ثنائية الفوتون قابلة للتطبيق أيضًا على QIP المتغير المنفصل، مما يضع PANDA في وضع تكميلي للعديد من المشاريع المحتملة في المحفظة.

تضم PANDA خبراء تجريبيين ونظريين عالميين من مجموعات بحثية رائدة وشركات صغيرة ومتوسطة الحجم تتمتع بالخبرة اللازمة لتطوير التكنولوجيا الأساسية التي ستؤدي إلى الحصول على حقوق ملكية فكرية قابلة للتسويق وتحقيق أهدافنا الطموحة.

معلومات عن المشروع

• رقم اتفاقية المنحة:101115420
• DOI: 10.3030/101115420
• تاريخ البدء: 1نوفمبر 2023
• تاريخ الانتهاء: 31أكتوبر 2027
• بتمويل من: المجلسالأوروبي للابتكار (EIC)
• التكلفة الإجمالية:3 984 437,50 يورو
• بالتنسيق مع:جامعة السوربون، فرنسا

المنشورات

• مان، سي. آر.، أندريولي، إف.، بروتسينكو، في.، لينارشيك، ز.، وتشانغ، دي. (2024). الإشعاع الانتقائي في المصفوفات الذرية فائقة الطول الموجي.نسخة مسبقة من arXiv arXiv:2402.06439.

الفعاليات

الوارد

المتعاونون

• نيكولاس تريبس – جامعة السوربون، منسق
• فالنتينا باريجي – جامعة السوربون
• ألكسندرا شيريميت – باسكال
• فاليريان ثيل – باسكال
• لويك هنرييه – باسكال
• داريك تشانغ – ICFO
• أنطوان برووايس – معهد البصريات النظرية والتطبيقية
• إيغور فيرييه-باربوت – معهد البصريات النظرية والتطبيقية
• نيكولاي والتر – Pixel Photonics GmbH
• ولاديك هارتمان – Pixel Photonics GmbH

يتعاون الكونسورتيوم مع مستفيدين آخرين من تحدي EIC Pathfinder Challenge: نُهج بديلة لمعالجة المعلومات الكمومية والاتصالات والاستشعار لعام 2022. والهدف هو العمل معًا لتطوير تقنيات جديدة ودراسة إمكانية تصنيعها، وتسريع ظهورها. والمشاريع الشقيقة هي التالية:

• Veriqub: التحقق الفعال من هياكل الحوسبة الكمومية باستخدام البوزونات

تعد الأجهزة الكمومية واعدة للغاية في مجالات الحوسبة والتشفير والاتصالات والاستشعار. وقد جذبت الأساليب البديلة لمعالجة المعلومات الكمومية، التي تعتمد على الأوضاع البوزونية كناقلات للمعلومات، اهتمامًا متزايدًا، لأنها توفر مسارًا فعالًا من حيث الأجهزة لتحقيق التسامح مع الأخطاء وقابلية التوسع بفضل مساحة هيلبرت الكبيرة المتأصلة فيها. ومع ذلك، فإن هذا يطرح مشكلة توفير ضمانات صارمة للتشغيل الصحيح لهذه البنى البوزونية الواعدة، وهي مهمة تُعرف باسم التحقق الكمومي. حتى الآن، يتم إجراء هذا التحقق بواسطة تقنيات التصوير المقطعي للأغراض العامة، والتي سرعان ما تصبح صعبة التطبيق على الأنظمة الكمومية الكبيرة. وبالتالي، هناك حاجة إلى طرق أخرى مع توسيع نطاق الأجهزة الكمومية لتحقيق مزايا في العالم الواقعي.

"ستقدم Veriqub نهجًا جديدًا للتحقق من بنى الحوسبة الكمومية باستخدام البوزونات استنادًا إلى قياسات المتغيرات المستمرة. وستتألف مجموعة أدوات Veriqub التكنولوجية من عنصرين رئيسيين:

1. سنقوم بتجربة عملية لإثبات صحة النظم البوزونية متعددة الأوضاع للهياكل البصرية والفائقة التوصيل التي تتجاوز بكثير أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا، وسنقدم أول دليل على صحة تسريع الحوسبة الكمومية.
2. سنقوم بتطوير إطار نظري يحدد المزايا الأساسية لمساهمتنا، مع التركيز بشكل خاص على تحديد وتحقق الأجهزة الكمومية البوزونية الغنية بالموارد.

يتألف اتحاد Veriqub من شركاء علميين رائدين عالمياً يتمتعون بموقع مثالي لتحقيق الرؤية الطموحة لهذا المشروع وبناء مجموعة أدوات تكنولوجية متطورة للتحقق، مما يتيح توسيع نطاق هياكل الحوسبة الكمومية البوزونية، ويضع أوروبا في موقع الريادة في هذا المجال.

الويب/لينكد إن

• Heisingberg: جهاز التسخين البصري الكمومي المكاني لـ Ising Hamiltonians

يهدف HEISINGBERG إلى تطوير منصة جديدة لمعالجة المعلومات، تستند إلى XY spin Hamiltonian، كبديل قابل للتطوير وموفر للطاقة للمحاكيات الكمومية الحديثة، مع مراعاة الجوانب التجريبية والنظرية والخوارزمية والتحكمية. تم تصميم المشروع لتطوير ما يلي بشكل كامل:

1. أجهزة النظام البصري الإلكتروني الأساسية،
2. نهج جديد لترميز الدورات والتحكم في اقتراناتها المتبادلة،
3. خوارزميات مخصصة لتحسين عملية التلدين وكذلك التخطيط الأمثل للمشاكل الواقعية،
4. تعميم النموذج النظري الحالي لمراعاة نظام التشغيل الكمومي،
5. التقدم في التحقيق التجريبي والقياسات الخاصة بالعملية الكمومية، وأخيراً،
6. تطوير برامج تحكم وواجهة مخصصة من أجل نشر الآلة بشكل قوي.

• ARTEMIS: مواد جزيئية لمصادر ضوء كمية مدمجة على رقاقة

يقترح ARTEMIS إجراء أبحاث أساسية لتطوير مصادر فوتونات قابلة للتكامل ومتشابكة تعتمد على مركبات جزيئية معدنية عضوية. ويأتي هذا المشروع مدفوعًا بالحاجة الملحة إلى مصادر كمية جديدة تتميز بتنوع ومرونة وأداء غير مسبوقين. سيتم السعي لتحقيق هذا الهدف باللجوء إلى المواد الجزيئية، القائمة على أيونات المعادن الانتقالية و/أو اللانثانيدات مع أجزاء عضوية، والتي تتميز بانبعاث قابل للضبط وخطي منخفض، فضلاً عن خصائص بصرية غير خطية تتيح توليد فوتونات مفردة وأزواج/ثلاثيات من الفوتونات المتشابكة حسب الطلب. وستحل هذه المواد المعدنية العضوية المرنة والقابلة للمعالجة محل مصادر الفوتونات الكمومية التقليدية القائمة على بلورات غير عضوية سائبة، مما يسمح بالتكامل المباشر لمصادر الكموم القابلة للضبط بطول الموجة على الأجهزة الحالية. وستُدمج مصادر الكموم الجزيئية مع تجاويف بلازمونية فائقة النانوية مصممة بشكل مناسب لتحقيق أعلى مستوى من التحسين البصري.  سيتم تحقيق التقدم المقترح من خلال تقنيات التوليف المتطورة وطرق التوصيف المتقدمة المدمجة مع استراتيجيات هندسة النانو-فوتونيك.  ستؤدي الأجهزة والطرق المطورة في هذا المشروع إلى مصادر فوتونية ذات أداء تنافسي من حيث التماسك والكفاءة وقابلية التوسع والتكلفة. يتطلب تحقيق هدف المشروع عالي المخاطر/عالي المكاسب تغذية راجعة مستمرة بين الكيمياء الجزيئية والتوصيفات البصرية الخطية وغير الخطية والقياسات الكمومية. من المهم التأكيد على السمة التخصصية العالية للمشروع المقترح بفضل مشاركة طاقم علمي عالي الكفاءة يعمل في مجالات تتراوح من الكيمياء إلى البصريات الكمية مروراً بالفيزياء والبلسمونيك والتصوير.  من المتوقع عمومًا أن تساهم الطبيعة التداخلية القوية للموظفين المشاركين بشكل كبير في تطوير أساليب وتقنيات مبتكرة، فضلاً عن تسهيل التعاون مع المشاريع الأخرى في محفظة الكم.

• Q-One: شبكات بصرية كمية تعتمد على إكسيتون-بولاريتونات

يهدف مشروع Q-ONE إلى استكشاف نهج جديد لاستشعار وتوليد حالات الكم للضوء. تقع فكرة المشروع على الحدود بين فيزياء الكم والذكاء الاصطناعي التطبيقي. يهدف الكونسورتيوم إلى تحقيق جهاز جديد يعتمد على الفوتونات المتفاعلة بقوة (الإكسيتون-بولاريتونات) والذي، باستخدام مبادئ الحوسبة العصبية، قادر على التعرف على مجموعة متنوعة من حالات الكم وتوصيفها وتوليدها. نقترح استغلال خصائص الشبكات العصبية الكمومية (QNN) للعقد غير الخطية للبولاريتون، باستخدام تفاعلات متطورة، لتحديد وتوليد الحالات الكمومية: تعتمد هذه الفكرة المبتكرة للغاية على الحقن الرنيني للحالات كإثارات للشبكات العصبية الكمومية، والتي تحقق فعليًا - بدلاً من محاكاتها - مهمة حوسبة متوازية ضخمة.