Descripció del projecte
L’alta sensibilitat dels sistemes quàntics al soroll generat pel seu entorn representa un dels majors obstacles per a l’aplicació de la computació quàntica a problemes d’interès pràctic. Mentre que un transistor clàssic pot executar milions d’operacions per segon durant anys sense patir un sol error, la informació continguda en un qubit esdevé aleatòria en qüestió de mil·lèsimes de segon. Això impossibilita l’execució d’algoritmes que impliquin un número pràctic de portes lògiques sense que es produeixi un error.
El mètode més utilitzat per abordar el problema de la decoherència i el soroll en sistemes quàntics és la correcció d’errors. Lamentablement, la correcció de qubits es basa principalment en la redundància i requereix un nombre d’elements (>100 qubits físics per cada qubit lògic) que supera amb escreix la capacitat dels millors ordinadors quàntics actuals. Una alternativa, menys explorada, per combatre els efectes de decoherència quàntica és l’ús de tècniques prevenció d’errors. Un dels objectius del què es coneix com a “time-optimal quantum control” (control quàntic òptim en el temps) és fer possible l’execució del major número de portes lògiques en el mínim temps possible. Aquest tipus de tècniques han demostrat tenir avantatges molt significatives en la computació quàntica analògica i en la generació d’estats entrellaçats complexes. En combinació amb algoritmes de correcció i mitigació d’errors, l’ús del control òptim quàntic podria donar lloc a un increment substancial de la capacitat de càlcul dels ordinadors quàntics en un termini més proper.
El projecte de recerca que proposem es centra en l’optimització de tècniques de control de spins moleculars emprats en la computació quàntica amb molècules magnètiques artificials. El projecte a desenvolupar consisteix en l’ús de tècniques de control quàntic òptim en el temps per dissenyar nous protocols que permetin implementar de manera eficient, i.e., amb màxima fidelitat i velocitat, la manipulació, preparació i mesura de qubits d’espí en nanomagnets.
El candidat a realitzar aquest doctorat industrial s’unirà a l’equip de físics i enginyers d’IDEADED amb l’objectiu d’assentar les bases del que serà un petit processador quàntic a l’empresa. IDEADED compta amb una sala blanca de 500m2 i quatre laboratoris equipats amb les eines necessàries per a la fabricació i caracterització de dispositius nanoelectrònics i fotònics. El doctorant rebrà també el suport del grup de recerca reconegut per la Generalitat de Catalunya (2017 SGR348) «OPELSYS» que forma part de l’Institut de Química Teòrica i Computacional (IQTCUB), que és al seu torn una Unitat d’Excel·lència María de Maeztu (MDM-2017-0767). OPELSYS s’ha consolidat com a un dels grups de recerca referent en la utilització de tècniques computacionals de simulació de sòlids i molècules a més de ser pioner en tècniques de control òptim aplicades a sistemes quàntics.
