Das Projekt von Christian Roos konzentriert sich auf die Implementierung von Quantenoperationen in zweidimensionalen Ionenkristallen. Traditionell werden Quantenoperationen in linearen Ionenketten durchgeführt, was die Skalierbarkeit und Effizienz einschränkt. In seinem ERC-Projekt hat Christian Roos mit seinem Team eine experimentelle Plattform für zweidimensionale Ionenkristalle entwickelt und für Quantensimulationen und Quantenmetrologie erprobt. Durch neue Methoden soll es möglich werden, direkt auf bis zu 100 Ionen-Qubits zu operieren und dabei Quanten-Gatteroperationen zwischen beliebigen Ionenpaaren mit einer Güte von über 99% zu realisieren. „Wir haben dafür zwei Methoden im Auge, mit denen dies möglich sein sollte“, sagt der Physiker. „Bei einer werden die Ionen mit stark fokussiertem Laserlicht adressiert, bei der zweiten wird ein starker Laserstrahl auf alle in der Ionenfalle gefangenen Teilchen gerichtet und über die internen Zustände deren gezielte Kopplung gesteuert.“
In Zusammenarbeit mit dem Spin-off-Unternehmen Alpine Quantum Technologies (AQT) will Roos die Technologie so weit entwickeln, dass sie in den Quantencomputern von AQT als Prozessoren eingesetzt werden können. Die Technologie könnte nicht nur das Potential von Quantencomputern verbessern, sondern auch neue Anwendungen für hybride digital-analoge Quanten-Simulationen, Quantenmetrologie und Quanten-Netzwerke voranbringen.
Der ERC-Proof-of-Concept-Grant unterstützt Forscher:innen, die bereits einen ERC-Grant erhalten haben, dabei, das Potenzial ihrer Forschung für die Anwendung zu evaluieren. Mit einer Fördersumme von bis zu 150.000 Euro über 18 Monate werden Aktivitäten wie Tests, die Erstellung von Prototypen, die Ausarbeitung von Strategien zur Verwertung geistiger Eigentumsrechte und Marktforschung finanziert.