Verbundprojekt: New Imaging and control Solutions for Quantum processors and metrology (NImSoQ) - Teilvorhaben: Schnelle Bilderfassung und Bildverarbeitung für digitale Quantensimulatoren basierend auf neutralen Strontiumatomen

Das Ziel des beantragten Teilvorhabens (TV) ist die Integration und Validierung einer neuen wissenschaftlichen Kamera in ein Experiment zur Quantensimulation und zum Quantencomputing mit neutralen Atomen. Diese Kamera, zusammen mit einem dedizierten Echtzeitkontrollsystem, ist eine wesentliche Basistechnologie zur Implementation fortschrittlicher Quantenalgorithmen auf Multiqubitsystemen, und sie stellt einen ersten Schritt in Richtung Fehlerkorrektur dar. Zur Detektion potentieller Fehler müssen einzelne Qubits während der Durchführung eines Quantenalgorithmus ausgelesen werden und auf sehr schnellen Zeitskalen Entscheidungen getroffen werden, die die Fehler korrigieren. Ein erster Schritt dahin ist die Zeitskala der Detektion der Qubitzustände von aktuell mehreren 100 Millisekunden auf die mehrere 10 Mikrosekunden zu reduzieren. In diesem TV soll die von Partner CTI entwickelte Kamera verwendet werden, um die Besetzungen der Qubitzustände 3P0 und 3P2 in neutralem Strontium auf diesen Zeitskalen zu detektieren. Das vorgeschlagene TV von Partner MPQ soll in enger Kollaboration mit dem Hersteller der Kamera (CTI) sowie dem IPZ stattfinden. In dieser Kollaboration soll das MPQ die Kamera auf die Anwendung in der Quanteninformation anpassen und das IPZ passt die Kamera auf die Anwendung in der Präzisionsmetrologie an. Da die Kamera FPGA-gateware, die für die schnelle Analyse der Bilddaten verantwortlich ist, offen zugänglich ist und für die Verwendung im Experiment angepasst werden kann, erwarten wir in der Folge viele weitere Anwendungen der Kamera in Experimenten mit neutralen Atomen. Die Resultate des MPQ-TVs validieren zunächst die vorgeschlagene Bildgebungsmethode mit EMCCD Kameras, allerdings mit einer Bildverarbeitung auf langsamen Zeitskalen. Im abschliessenden Arbeitspaket wird die neue Kameratechnologie im Experiment am MPQ validiert. Mit Abschluss ist damit die Kamera für die weitere Anwendung in wissenschaftlichen Folgeprojekten vorbereitet und getestet.