Luca Vannucci

Projekttitel

Indistinguishable single-photon emission for quantum technologies from transition metal dichalcogenides (INSPEQT)

Hvad handler dit projekt om?

Dette projekt handler om en væsentlig hardwarekomponent i en kvantecomputer. En mulig måde at bygge en kvantecomputer på er at bruge fotoner som kvantebits og få dem til at interferere for at udføre operationer. Fotonerne skal være præcis identiske med hinanden for at kunne interferere med succes, og når denne betingelse er opfyldt, siger man, at de er “uskelnelige”. 

I dette projekt vil vi udvikle nye teoretiske modeller og eksperimentelle metoder til at opnå uskelnelige fotoner fra en særlig klasse af ultratynde materialer kaldet “transition metal dichalcogenides” med en tykkelse på kun få atomlag.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Min generelle interesse for fysik er nok genetisk, da jeg deler den med begge mine forældre. Den specifikke interesse for fotoner og deres interaktion med stof stammer fra min ph.d.-tid, hvor jeg arbejdede med kvanteinterferens af fundamentale kvanteobjekter som elektroner og fotoner.

Jeg er fascineret af de subtile og kontraintuitive fænomener i kvanteverdenen.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

En optisk computer fungerer kun korrekt, hvis alle qubits (dvs. fotoner) er præcis identiske med hinanden. Men når man arbejder med solid state-hardware, er det meget svært at få identiske fotoner hver eneste gang på grund af uundgåelig støj. For eksempel kan noget af den energi, der er lagret i enheden, gå tabt i form af vibrationer i det krystallinske gitter, hvilket reducerer fotonens energi.

En anden udfordrende opgave er at initialisere emitteren korrekt. Enhver emitter er lidt ligesom et atom: Hvis atomet er exciteret, overgår det til en tilstand med lavere energi ved at udsende en foton. Selv om processen med spontan emission er meget velforstået, er det ret udfordrende at forberede emitteren i den ønskede exciterede tilstand med en hurtig og pålidelig proces.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Takket være superpositionsprincippet vil en computer, der bruger kvantemekanikkens love, kunne udføre beregninger, som er umulige for selv den mest kraftfulde computer i verden. 

For eksempel kan en kvantecomputer simulere den komplekse reaktionsmekanisme, der er nødvendig for at producere ammoniak (verdens vigtigste gødning), eller forudsige, hvordan visse molekyler kombineres for at fremstille nye lægemidler. Det er derfor, at store virksomheder som Google, IBM og Microsoft stræber efter at realisere en fuldt fungerende kvantecomputer.

I denne sammenhæng vil mit projekt forbedre forståelsen af en af dens væsentlige komponenter.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Jeg er meget glad for at modtage denne prestigefyldte bevilling fra Danmarks Frie Forskningsfond, og jeg betragter det som en vigtig faglig præstation og en stor mulighed. Det vil give mig fuld frihed til at forfølge mine forskningsmål og udforske fascinerende fænomener. Takket være Sapere Aude-programmet får jeg mulighed for at etablere og lede mit eget team bestående af en ph.d.-studerende, en postdoc og mig selv og for at samarbejde med andre fremragende forskere både i Danmark og i udlandet.