Descripció del projecte
El projecte que proposa Qilimanjaro es centra en la construcció d’un ordinador quàntic utilitzant la tecnologia de circuits superconductors. El processador quàntic que es desenvolparà és de tipus analògic, també anomenat annealer quàntic. Aquest tipus de processadors resolen problemes complexos d’optimització que poden arribar a resoldre situacions reals un cop d’assoleixi un potencial de càlcul suficient. Aquest tipus de processadors es distingeixen dels digitals, que són més utilitzats actualment, en què la resolució del problema consisteix en l’evolució contínua de les propietats del sistema cap a un estat final on existeix interaccions complexes entre els qubits. En ambdós casos, computadors analògics i digitals, l’estat quàntic final del sistema codifica la solució del problema matemàtic que es pretén resoldre. Els processadors analògics no requereixen de correcció quàntica d’errors, ja que l’estat del sistema es manté constant, siguent el d’energia més baixa. D’aquesta manera, es preveu que els ordinadors quàntics analògics puguin oferir solucions a problemes reals a més curt termini que els digitals.
La tecnologia dels circuits superconductors quàntics es basa en refredar el circuit a temperatures en les que el circuit roman en el seu estat energètic més baix, d’aquesta manera el circuit queda inicialitzat en un estat quàntic definit que es pot modificar mitjançant l’aplicació de polsos electromagnètics a una freqüència que ressona amb el circuit. El rang habitual de freqüències d’aquests circuits es troba en el rang de les microones. Això implica que les temperatures necessàries es troben en el rang de pocs mil·lkèlvins, o 0.01K. Aquestes temperatures només es poden assolir en un entorn criogènic especial, al que tan sols es pot arribar emprant aparells coneguts com refrigradors de dilució. Per tant, la implementació d’un processador quàntic utilitzant la tecnologia de circuits superconductors quàntics requereix d’una combinació de física quàntica, enginyeria de microones, criogènia i ciències de la computació.
El projecte a desenvolupar consisteix en la realització d’un prototip d’annealer quàntic de pocs qubits, menys de 10, i estudiar els aspectes tècnics necessaris per escalar el sistema cap a desenes o centenars de qubits en un futur no molt llunyà. Aquest estudi inclou tan la descripció física dels circuits des d’un punt de vista de la física quàntica, com de les necessitats tècniques de la tecnologia de microones com de les necessitats a nivell del criostat per encabir experiments cada cop més grans.
Les tasques a realitzar pel candidat a aquest doctorat industrial requereixen el coneixmenet de la física fonamental dels circuits quàntics superconductors, l’enginyeria de propagació de microones, tècniques experimentals de física de baixes temperatures, a més de les tècniques de física de la computació per codifiar problemes matemàtics utilitzant les tècniques de la computació adiabàtica. A més d’aquests aspectes, serà important assolir un nivell de programació que permeti control·lar els instruments de laboratori per realitzar tasques complexes de calibració i auotmatització.
El candidat de realitzar aquest doctorat industrial s’unirà a l’equip de físics i enginyers de Qilimanjaro per a la construcció de la primera generació de processadors quàntics europeus. L’equip experimental de Qilimanjaro on es desenvoluparà el projecte col·labora estretament amb l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) i el Barcelona Supercomputing Center (BSC), contribuïnt així a facilitar l’excel·lència pel desenvolpament del projecte. El doctorant rebrà el suport del grup investigador de Quantum Computing Technology (QCT) de l’IFAE, que s’ha consolidat com a grup de recerca reconegut per la Generalitat de Catalunya 2017 SGR 01761, siguent el grup pioner a Catalunya i a Espanya en computació quàntica experimental.
