Zasoby w Kwantowych Technologiach: Doświadczenie i Teoria

Pojawienie się informatyki kwantowej i związany z nią rozwój technologii kwantowych są mocno zakorzenione w uznaniu własności fizycznych, takich jak koherentna superpozycja, splątanie i entropia, za zasoby. Zasoby te stanowią paliwo dla technologii kwantowych, które umożliwiają im osiąganie wydajności przekraczających ograniczenia narzucone przez fizykę klasyczną. Optymalna eksploatacja zasobów w technologiach kwantowych wymaga jako podstawy zarówno solidnych ram matematycznych do rygorystycznej charakterystyki, manipulacji i weryfikacji zasobów kwantowych, jak i technologii eksperymentalnych, przy pomocy których można nimi manipulować w praktyce. Bazując na tych ramach, teoria wraz z eksperymentem mogą następnie służyć do projektowania i realizacji protokołów i urządzeń w celu dostarczenia zoptymalizowanych technologii kwantowych. ExTRAQT stanowi konsorcjum matematyków, fizyków teoretycznych i doświadczalnych, w tym także specjalistów w zakresie spektroskopii molekularnej, z udokumentowaną współpracą. W ramach projektu, naukowcy opracują teoretyczne i doświadczalne podstawy manipulacji zasobami kwantowymi a także, w ścisłej współpracy teorii z doświadczeniem, zademonstrują eksperymentalnie kluczowe elementy silników cieplnych w skali kwantowej. Koncepcje te zostaną następnie zastosowane, aby uzyskać nowy wgląd w dynamikę kwantową układów bio-molekularnych.

W tym celu w ramach ExTRAQT planuje się:
i) Rozwijanie matematycznych podstaw teorii zasobów dla stanów, operacji i dynamiki oraz zastosowanie ich 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) Projektowanie teoretycznie i optymalizacja numeryczna doświadczalnych projektów kluczowych procesów manipulacji zasobami i silników cieplnych w skali kwantowej w oparciu o realistyczne parametry w doświadczalnych platformach pułapkowanych jonów i układów biomolekularnych.

iii) Wykorzystanie technologii kwantowej z pułapkowanymi jonami do realizacji kwantowych silników cieplnych w skali atomowej w kontakcie z klasycznymi i kwantowymi kąpielami cieplnymi oraz analizowanie ich wydajności pod kątem teorii zasobów termodynamiki kwantowej. Zaprojektowanie i zrealizowanie symulatora kwantowego dla otwartych układów kwantowych w kontakcie z ustrukturyzowanymi rezerwuarami zdolnego do symulowania dynamiki układów bio-molekularnych.

iv) Obserwowanie koherentnej dynamikę transportu kwantowego elektronowowibracyjnego w układach biomolekularnych, zbadanie roli dynamiki koherentnej i jej analiza pod kątem kwantowych silników cieplnych. Elektroniczna i wibracyjna struktura tych systemów zostanie dostosowana w celu uzyskania kontroli nad procesami termodynamicznymi w takich układach.