Objectives

Contract cercetare CEEX 06-D11-37
  Home
Prezentare
Parteneri
Obiectivele Proiectului
Rezultate
Contact 		   

Obiectivele Proiectului

      Ionii confinaţi şi răciţi laser sunt utilizaţi cu succes pentru procesarea informaţiei cuantice după cum au demonstrat experimentele în care s-au obţinut cristale formate din unul sau doi ioni. S-a reuşit chiar transferul într-o stare de tip entangled a cristalelor formate din patru ioni. Deoarece fenomenul de corelare separă mecanica cuantică de mecanica ondulatorie, cercetarea acestuia permite înţelegerea liniei de demarcaţie care separă fizica cuantică de cea clasică. O caracteristică centrală a procesării informaţiei cuantice (Quantum Information Processing-QIP) constă în utilizarea logicii cuantice condiţionale pentru a creşte eficienţa efectuării unor anumiţi algoritmi sau sarcini. O astfel de sarcină este însăşi măsurarea eficace a stării cuantice, ceea ce reprezintă unul din scopurile definitorii ale metrologiei şi o componentă importantă a QIP. Printre algoritmii cuantici descoperiţi până în acest moment, metoda lui Shor pentru factorizarea numerelor compozite mari este cea mai remarcabilă aplicaţie a procesării informaţiei cuantice pe scală largă, dat fiind faptul că factorizarea eficientă ar face tehnicile criptografice curente, bazate pe chei cu numere compozite mari, vulnerabile la atac.  Un candidat promiţător pentru procesarea informaţiei cuantice (QIP) universal scalabilă, constă dintr-un sistem de ioni atomici confinaţi în capcane electromagnetice şi manipulaţi cu fascicule laser. Majoritatea componentelor de bază pentru QIP au fost puse în evidenţă separat în ultimii ani pentru astfel de sisteme. Mai mult, anumiţi algoritmi simpli care ar putea servi ca primitive pentru QIP pe scară largă, inclusiv pentru corecţia erorilor cuantice, teleportarea şi transformata Fourier cuantică (QFT) semiclasică, au fost implementaţi în sistemul ion atomic. Înainte ca QIP pe scară largă să devină o realitate, câteva deziderate trebuie să fie îndeplinite cu succes. În plus faţă de construcţia unor reţele extinse de capcane şi îmbunătăţirea sistemelor de control clasic, este necesar să fie demonstrată capacitatea de a crea şi menţine stări entangled ale multor ioni. 

      Aşa numitele stări Schrödinger cat sunt de interes particular. Stările cat reprezintă superpoziţii egale a două stări cuantice diferite la maximum şi joacă un rol deosebit în fizica informaţiei cuantice. Ele au de asemenea un rol major în efectuarea de teste fundamentale de mecanică cuantică şi permit creşterea raportului semnal-zgomot în interferometrie şi spectroscopie. Pentru trei biţi cuantici ionici, acestea se mai numesc şi stări Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) şi asigură o demonstraţie clară a proprietăţii de nelocalitate cuantică. Aceste stări mai reprezintă teste extrem de sensibile pentru demonstrarea unui bun control al stărilor cuantice şi a prezenţei fenomenului de corelare.

     În prezent, metrologia fundamentală se bazează pe conversia multor mărimi neelectrice în mărimi electrice, pentru a facilita măsurătorile bazate pe instrumentaţie electronică. Mai mult, sistemul internaţional de unităţi (SI) se bazează pe reproducerea internaţional compatibilă, invariabilă în timp, a mărimilor electrice. Există o preocupare constantă de îmbunătăţire a acurateţei acestor etaloane, în acord cu cerinţele tot mai ridicate ale tehnologiei existente. Fenomenenele cuantice permit asocierea dintre mărimile electrice şi constantele atomice fundamentale invariabile, cum ar fi sarcina electronului. Succesul continuu al implementării etaloanelor electrice bazate pe fenomene cuantice ar putea justifica o redefinire în viitor a Sistemului internaţional de Uni-tăţi (SI). Din aceste motive, etaloanele atomice de frecvenţă bazate pe capcane de ioni (atomi) sunt candidaţi aproape ideali pentru îndeplinirea acestor cerinţe, pentru măsurători de metrologie fundamentală şi cuantică.     

      Interesul actual este focalizat pe inventarea a noi geometrii de capcană electromagnetică şi pe scalarea operaţiilor de logică cuantică pentru numere mari de ioni. Proiectul intenţionează să aducă o serie de contribuţii originale la studiul dinamicii clasice şi semiclasice pentru sisteme alcătuite din mai mulţi ioni sau particule stocate în capcane electromagnetice. Printre obiectivele proiectului apar cercetări preliminare privind ingineria stărilor neliniare, un rezultat care duce la îmbunătăţirea raportului semnal-zgomot în spectroscopie şi la realizarea de ceasuri atomice de înaltă acurateţe. Acest proiect abordează următoarele direcţii de cercetare:

  1. Optimizarea geometriilor de capcane electromagnetice destinate logicii cuantice şi spectroscopiei de înaltă rezoluţie. Determinarea spectrelor în vecinătatea configuraţiilor de echilibru ale ionilor

      Vor fi investigate diferite geometrii de capcană în scopul creşterii raportului semnal-zgomot. Vor fi evidenţiate efectele parazite care afectează stabilitatea particulei stocate, printre care pot fi enumerate: micromişcarea, contribuţii ale termenilor multipolari de ordin mare din dezvoltarea în serie a potenţialului electric pentru geometria capcanei şi efectul Doppler de ordin doi (dilatarea timpului). Configuraţiile de echilibru ale ionilor confinaţi, de interes pentru logica cuantică, vor fi discutate împreună cu spectrele asociate. Va rezulta un model teoretic. Va fi elaborat software, şi anume un program care va estima punctul de funcţionare al capcanei din diagrama de stabilitate, ceea ce specifică exact dacă mişcarea este regulată sau haotică.   

  1. Dinamica particulelor încărcate electric, confinate în capcane electromagnetice neliniare

   Va fi studiată stabilitatea ionilor stocaţi în capcane Paul de radiofrecvenţă (RF). Accentul va fi pus pe oscilatorii parametrici neliniari, care reprezintă modele naturale pentru dinamica ionică în capcane de RF. Va fi investigată stabilitatea ionică într-o capcană de RF neliniară, în prezenţa răcirii laser. Sistemul ion-capcană este considerat ca fiind disipativ, caracterizat de atractori datorită radiaţiei laser acordate aproape de rezonanţă. Ionul confinat va fi tratat ca un oscilator parametric amortizat, care prezintă proprietăţi fractale, orbite haotice complexe şi atractori stranii, după cum va fi arătat. Va fi aplicată metoda formelor normale pentru a studia mici perturbaţii anarmonice ale unei capcane electromagnetice cuadrupolare. Va rezulta un model teoretic.

  1. Logică cuantică cu particule confinate în capcane electromagnetice

      Vor fi prezentate stările coerente generalizate de oscilatori neliniari. Va fi discutată interacţia dintre radiaţia laser de răcire şi sistemul de ioni, în scopul iniţializării unui registru cuantic.  Va fi cercetat cuplajul dispersiv (în  afara rezonanţei) dintre ionii stocaţi şi radiaţia laser.  Va fi formulat un model teoretic conceptual nou.

  1. Proiectarea şi testarea de noi geometrii de capcane electromagnetice neliniare. Aplicaţii în spectroscopia de înaltă precizie, fizica informaţiei cuantice, metrologia cuantică, etaloane atomice de frecvenţă şi monitorizarea mediului 

          S-a sugerat utilizarea capcanelor de RF de ordin superior pentru a stoca numere mai mari de particule comparativ cu capcanele cuadrupolare clasice. Vor fi testate diferite geometrii de capcană, utilizând diferite specii de particule încărcate electric. Se estimează că va fi pusă la punct o metodă pentru determinarea sarcinii specifice a microparticulelor stocate, care s-ar putea dovedi utilă în multe aplicaţii, inclusiv în monitorizarea mediului pentru identificarea speciilor poluante şi a concentraţiilor acestora în aer, în chimie şi spectroscopie. Se are în vedere depunerea unei cereri de brevet de invenţie. 

    1. Structuri ordonate în microplasme unicomponente generate în câmpuri electromagnetice   

          Vor fi cercetate structurile ordonate generate în câmpuri electromagnetice. Vor fi efectuate studii de stocare şi levitaţie de particule încărcate în capcana Paul, în apropierea condiţiilor standard de temperatură şi presiune   (STP), pentru geometriile de capcane concepute şi realizate în cadrul acestui proiect. Va fi studiată confinarea dinamică a particulelor, vor fi prezentate legile care descriu dinamica particulelor în condiţii STP. Va fi efectuată o modelare analitică şi numerică. Va rezulta software.  

          Problemele abordate sunt conforme şi în deplină concordanţă cu câteva din cele mai importante teme de înalt nivel ale Programului Cadru 7 (PC7) al Uniunii Europene. Obiectivele proiectului reprezintă direcţii de ultimă oră pentru grupuri de cercetare renumite din ţări ale UE, din SUA, Canada, Australia, Japonia, ca să le menţionăm pe cele mai reprezentative. Proiectarea şi realizarea de noi geometrii de capcană care minimizează efectele parazite care înrăutăţesc raportul semnal-zgomot în spectroscopie, ingineria stărilor neliniare, studiul sistemului disipativ ion-capcană şi al haosului cuantic, stabilirea unei corespondenţe între comportările neliniară clasică şi cuantică, studiul perturbaţiilor anarmonice în capcanele cuadrupolare, precum şi analiza experimentală şi numerică a dinamicii particulelor stocate în condiţii STP, sunt obiective nu numai pentru fizica ionilor confinaţi ci şi pentru optica şi metrologia cuantică, interferometria cuantică şi fizica informaţiei cuantice. În contextul integrării României în UE, acest proiect se focalizează pe cercetări avansate, localizate la frontiera cunoaşterii ştiinţifice şi tehnice, în conformitate cu Programul PC7, cu scopul declarat de armonizare şi integrare a programelor naţionale de cercetare cu direcţii considerate a avea un impact ştiinţific şi tehnologic profund în UE şi pe plan mondial.

    Inapoi la partea de sus a paginii