Kvantne tehnologije temeljijo na izkoriščanju pojavov kvantne mehanike za razvoj naprednih naprav, kot so kvantni računalniki, komunikacije in senzorji. Za polno uresničitev njihovega potenciala je ključno zanesljivo prenašanje in izmenjava kvantne prepletenosti na daljavo ter med različnimi platformami za kubite. To omogoča varno kvantno šifriranje, porazdeljeno kvantno računanje in kvantno izboljšane meritve. Osrednji izziv je zato, kako kljub krhkosti kvantnih stanj učinkovito povezovati različne kvantne sisteme, kot so atomi, ioni, fotoni, superprevodni kubiti, NV-centri in optomehanski sistemi.
V Laboratoriju za hladne atome (ultracool.ijs.si) razvijamo kvantne naprave na osnovi atomov, med drugim Rydbergove kvantne simulatorje, atomske kvantne pomnilnike, magnetometre in atomske ure. V Laboratoriju za kvantno prepletenost (entanglement.ijs.si) razvijamo vire parov prepletenih fotonov ter napredne metode za distribucijo prepletenosti med oddaljenimi lokacijami za potrebe kvantne komunikacije. Sodelovanje obeh laboratorijev omogoča raziskovalno platformo za razvoj hibridnih kvantnih naprav.
Predlagani program se osredotoča na razvoj kvantnih vmesnikov med različnimi platformami ter na distribucijo prepletenosti med njimi. Cilj je vzpostaviti hibridno kvantno arhitekturo, v kateri atomski sistemi delujejo kot kvantni pomnilniki in procesorji, fotoni kot nosilci informacij na daljavo, druge platforme pa kot specializirani gradniki za specifične naloge. V sodelovanju s Fakulteto za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani bomo razvijali ozkopasovne vire prepletenih fotonov, združljive z atomskimi prehodi, ter atomske kvantne pomnilnike za shranjevanje fotonskih kvantnih stanj. Poseben poudarek bo na ustvarjanju prepletenosti med različnimi sistemi, na primer med Rydbergovimi atomi in ioni, NV-centri ali superprevodnimi kubiti preko fotonov ali mikrovalov.
Pomemben del programa bo razvoj kvantnih pretvornikov med mikrovalovnim in optičnim področjem, kar bi omogočilo povezovanje superprevodnih kubitov z optičnimi omrežji. Raziskovali bomo tudi optomehanske in druge nelinearne sisteme kot potencialne pretvornike med frekvenčnimi domenami. Dolgoročna vizija programa je demonstracija ključnih elementov kvantnega interneta: shranjevanja, pretvorbe, prenosa in distribucije kvantne prepletenosti med heterogenimi vozlišči. Program predstavlja naravno nadgradnjo obstoječih raziskav ter ambiciozen, a izvedljiv korak k razvoju modularnih in povezljivih kvantnih tehnologij prihodnosti.