一、项目背景
如今，量子信息科学与技术不仅处于基础学术研究的前沿，而且在量子计算等诸多应用领域也大有可为。经典计算机用比特编码信息，比特为 0 或 1，而在量子计算机上，信息用量子比特编码，量子比特是 0 和 1 的叠加。这种叠加允许同时进行多个计算，适当的量子算法可以更快的识别正确的回答。使用量子计算机，我们可以解决很多经典的难题，包括大数分解、模拟量子材料和化学、解决例如旅行商问题等NP难优化问题。
本研究课题隶属于联邦理工，研究小组的长期目标是开发一种新方法，以在量子力学方面决定其行为和特性的状态下操纵多体状态。一方面，这将导致一种新工具，使人们能够探测物理定律并以更高的精度测量基本常数。另一方面，实验方法的进步也驱使我们对量子力学的神秘，美丽，准确，却又令人深深不满意的结构有了更深入的了解。理论概念和实验实现之间的这种相互作用有望在诸如量子控制，量子反馈及其限制，多粒子量子系统和多粒子纠缠（量子计算）等领域变得非常肥沃。
二、项目说明
面向对象：欲申请世界名校名校物理、数学、量子信息科学等相关专业的大学生、研究生以及对量子物理感兴趣的高中生；
软性背景：数学、计算机编程、物理和工程等相关专业等；
科研导师：瑞士苏黎世联邦理工物理学教授；多个SCI期刊审稿人。侧重量子信息科学，原子物理学，量子计算， 量子光学等领域的研究。
科研形式：实地科研或者远程线上科研，导师授课+练习实战结合，完成课题学习、选题、研究实战及报告撰写。
phase 1：课题基础知识学习，课程+文献阅读
phase 2：确定研究课题，讨论研究思路以及研究进展
phase 3：汇报答辩+报告撰写
科研周期：实地科研：寒暑假期间，前往ETH大学校内，每期时长为4周（针对假期不足4周的同学，可采取实地+远程相结合的方式）；
三、项目/研究课题简介
研究课题：里德堡原子的量子信息科学
关键词：量子信息科学，原子物理学，量子计算，量子光学。
最近，基于中性原子的量子计算取得了很多进展。我们的实验室正在开发一个用于执行量子计算的新平台。在我们的方法中，量子处理器由大量原子集合组成。每个量子位 (qubit) 都使用嵌入在集合内的不同里德堡激发进行编码。通过利用非线性量子光学效应，我们已经证明了对量子态的快速初始化和检测，因此与之前的研究相比，计算速度提高了两到三个数量级。此外，里德堡量子位状态和量子位之间的长程相互作用之间的强耦合允许多量子位门操作。
通过该计划，学生将学习原子物理学、量子光学和量子计算的基础知识。如果学生有兴趣继续学习量子信息科学以及原子、分子和光学物理 (AMO)，这些知识将很有帮助。要求学生开始前应具备量子力学和编程方面的一些基础知识。具有原子物理学和量子信息科学基础知识者优先。
四、课题大纲
在项目过程中，要求学生选择一个研究子课题并撰写课题报告。项目学习不局限于以下内容:
(1) 使用空间光调制器、数字镜器件和超表面等光学器件生成大型原子集合阵列。
(2) 为高保真量子门操作和量子纠错设计新方案。学生可以学习如何使用 ARC（用于 Rydberg 计算的开源包），并使用它来优化方案。
(3) 使用 Qiskit（IBM 开发的开源量子计算框架）学习和执行量子算法模拟。使用Qiskit 探索高效的量子断层扫描协议。
(4) 探索用原子系综阵列产生非经典光子态的可能性。原子系综可以将原子态与自由空间光子连接起来；因此，可以产生纠缠光子态，可用于光子量子计算。
五、项目收获
◆ 深入学习该领域知识和研究方法，积累科研经历和经验；
◆ 完成学术科研报告或者科研论文；
◆ 优秀学员将获得导师推荐信，助力世界名校申请；
◆ 学术成果有机会在专业国际学术期刊或EI/CPCI国际会议收录发表；
◆ 积累学术领域人脉；
◆ 有机会参加校内的讲座/专家研讨/学术活动等。
