Dwa projekty, w których uczestniczą badacze z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, wybrano do finansowania w ramach konkursu QuantERA 2023. W sumie nagrodzono 24 międzynarodowe projekty badawcze z zakresu technologii kwantowych.
QuantERA to program finansujący badania nad technologiami kwantowymi o największym zasięgu w Europie. Organizuje go sieć QuantERA II ERA-Net Cofund. Czwarta edycja konkursu została ogłoszona w styczniu 2023 roku przez 35 organizacji finansujących badania naukowe z 28 państw.
W sumie złożono 101 wniosków na międzynarodowe projekty badawcze z zakresu technologii kwantowych w dwóch kategoriach: Quantum Phenomena and Resources oraz Applied Quantum Science. O finansowanie mogły wnioskować konsorcja międzynarodowe złożone z co najmniej trzech zespołów badawczych pochodzących z trzech krajów biorących udział w konkursie. Kierownik polskiego zespołu musiał posiadać co najmniej stopień naukowy doktora.
W gronie 24 zwycięskich projektów jest osiem z Polski. Pięć z nich otrzyma finansowanie z Narodowego Centrum Nauki (zakres badań podstawowych), natomiast trzy zostaną sfinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (zakres badań stosowanych). W dwóch z nich uczestniczą nasi naukowcy z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.
Projekt FiGAnti
Koordynuje go dr inż. Anna Musiał z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Wspólnie z zespołami z Uniwersytetu w Tampere (Finlandia), Królewskiego Instytutu Technologicznego w Sztokholmie (Szwecja) Uniwersytetu w Würzburgu (Niemcy) oraz The French Alternative Energies and Atomic Energy Commission w Grenoble (Francja) zajmą się „Światłowodowymi przestrajalnymi źródłami pojedynczych fotonów z obszarem aktywnym w postaci pojedynczej kropki kwantowej z GaSb zastosowanymi do implementacji kwantowej dystrybucji klucza w warunkach polowych”.
Utworzenie globalnej szyfrowanej sieci kwantowej wymaga zaimplementowania algorytmów dystrybucji klucza kryptograficznego. Do tego niezbędne są wydajne źródła światła emitujące nieklasyczne stany światła emitujące w zakresie telekomunikacyjnym kompatybilnym z istniejącą infrastrukturą światłowodową. W projekcie FiGAnti naukowcy zajmą się wytworzeniem światłowodowego przestrajalnego źródła pojedynczych fotonów, z obszarem aktywnym w postaci kropki kwantowej z GaSb, i użycie go do zaimplementowania algorytmu kwantowej dystrybucji klucza kwantowego w warunkach polowych.
W efekcie będzie możliwe zweryfikowanie potencjału aplikacyjnego kropek kwantowych na bazie GaSb jako obszaru aktywnego źródeł pojedynczych fotonów emitujących w zakresie III okna telekomunikacyjnego. Dodatkowo porównane zostaną różne struktury fotoniczne z punktu widzenia realizacji idealnego deterministycznego źródła pojedynczych fotonów na potrzeby kryptografii kwantowej. Zoptymalizowane struktury zostaną użyte do zademonstrowania kwantowej dystrybucji klucza w warunkach polowych.
Całkowita wartość trzyletniego projektu to niemal 2 mln euro, z czego na badania na PWr Narodowe Centrum Nauki przeznaczyło ponad 310 tys. euro.
Projekt MEEDGARD
Dr inż. Michał Gawełczyk z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki będzie liderem politechnicznego zespołu pracującego wspólnie z partnerami z Wielkiej Brytanii, Austrii, Niemiec nad „Wspomaganym przez pamięć kwantową rozprzestrzenianiem splątania przy życiu kropek kwantowych z arsenku galu” („Memory-Enhanced Entanglement Distribution with Gallium ARsenide quantum Dots”).
– Nasz projekt dotyczy sieci komunikacyjnych wykorzystujących do przesyłania danych właściwości kwantowych fotonów i cząstek materii – wyjaśnia dr Michał Gawełczyk. – Są one bezpieczniejsze niż sieci tradycyjne i staną się niezbędne w nadchodzącej erze kwantowego przetwarzania informacji.
Podstawowym elementem składowym takiej sieci kwantowej jest węzeł, tak zwany powielacz kwantowy (ang. quantum repeater), w którym fotony i kwantowe bity wymieniają informacje. W ramach projektu MEEDGARD przygotowany zostanie taki węzeł, który pozwoli w przyszłości na kwantową komunikację między odległymi miejscami.
– Całość zaplanowanych przez nas badań łączy unikalną wiedzę poszczególnych grup badawczych. Zespoły idealnie uzupełniają się w poszczególnych kwestiach, co pozwoli wytworzyć urządzenie typu „wszystko w jednym” – opowiada dr Gawełczyk.
Mowa tu o układzie kropek kwantowych umożliwiających wytworzenie splątania kwantowego między kubitem w kropce a fotonem. A także przechowywanie tej kwantowej informacji z 90% wiernością przez 100 milisekund. – To poprawa o pięć rzędów wielkości w porównaniu z poprzednimi wynikami dla kropek kwantowych i może pozwolić na objęcie siecią kwantową całej kuli ziemskiej – komentuje naukowiec z W11.
Postęp ten możliwy będzie m.in. dzięki wytwarzaniu wysokiej jakości kropek kwantowych, które zostaną wcześniej dokładnie zaprojektowane przez zespół z PWr. – Wraz z kontrolą właściwości kropek po ich wytworzeniu, pozwoli to na optymalizację ich parametrów optycznych i spinowych – mówi dr Michał Gawełczyk. – Całości dopełni szereg zabiegów technologicznych oraz zawansowana kontrola stanów kwantowych oraz oddziaływań w układzie.Zespół dr. Gawełczyka zajmie się na PWr teorią, projektowaniem kropek kwantowych. – Aby udało się zrealizować założone cele, kropki muszą równocześnie spełniać szereg wymagań, co stanowi złożony problem optymalizacyjny – tłumaczy badacz z W11.
W obliczeniach wykorzystany zostanie klaster obliczeniowy Bem 2 Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego oraz specjalistyczne oprogramowanie autorstwa dr. hab. Krzysztofa Gawareckiego, prof. uczelni na WPPT. Całkowita wartość trzyletniego projektu to ponad 1,8 mln euro, z czego na badania na PWr Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przeznaczyło ponad 200 tys. euro. Uczestniczyć w nim będą – oprócz grupy dr. Gawełczyka – także zespoły naukowe z Uniwersytetu w Oksfordzie, Uniwersytetu w Cambridge i Uniwersytetu w Sheffield (Wielka Brytania), Uniwersytetu w Stuttgarcie, Politechniki w Dortmundzie (Niemcy) oraz Uniwersytetu w Linz i Vorarlberg University of Applied Sciences (Austria).
Źródło: https://pwr.edu.pl/uczelnia/aktualnosci/naukowcy-z-w11-wsrod-laureatow-konkursu-quantera-13169.html