Project

Back to overview

Large entanglement in crystals

English title Large entanglement in crystals
Applicant Gisin Nicolas
Number 149109
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution GAP-Optique Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Other disciplines of Physics
Start/End 01.06.2014 - 31.05.2017
Approved amount 683'727.00
Show all

Keywords (4)

quantum physics; quantum memory; entanglement; macroscopicness

Lay Summary (French)

Lead
L'objectif de ce projet est de démontrer que les concepts quantiques comme l'intrication peuvent se manifester à grande échelle. Plus précisément, nous aimerions démontrer qu'il est possible d'intriquer plusieurs cristaux à l'aide de centaines d'ebits, contenant des centaines de milliers d'excitations et des milliards d'atomes.
Lay summary

 

La théorie quantique est souvent présentée comme la théorie du monde microscopique mais cette façon de penser a beaucoup évoluée ces dernières années. Aujourd'hui, nous pouvons envisager de manipuler de grands systèmes quantiques tout en contrôlant leurs nombreux degrés de libertés. Ces expériences nous ouvrent de nouvelles perspectives pour accéder à des régimes quantiques inexplorés et nous fournissent de nouvelles motivations pour revisiter un grand nombre de questions fondamentales sur la transition quantique--classique.

L'objectif de ce projet est d'étudier de grands systèmes intriqués et de montrer que des propriétés quantiques comme l'intrication, peuvent survivre à de grandes échelles. Plus précisément, nous envisageons de réaliser une expérience dans laquelle deux cristaux seront intriqués à l'aide de centaines d'e-bits, avec des centaines de milliers d'excitations et des milliards d'atomes. Pour cela, nous utiliserons des cristaux dopés avec des terres rares et un protocole de stockage de lumière multimode que nous avons imaginé il y a quelques années.

Ces expériences progresseront main dans la main avec la théorie. L'objectif des activités théoriques est de définir précisément les notions d'intrication ''large.'' Des questions comme ''Qu'est ce qu'un système quantique large?'' ou ''Quels systèmes peuvent être considérés comme de grands systèmes quantiques?'' recevront de nouvelles réponses et participeront à approfondir nos connaissances de la Nature.

Bien que ce projet porte sur des questions fondamentales, des applications surprenantes pourraient émerger. En particulier, la sensibilité reconnue des états quantiques ''larges'' pourrait offrir de nouvelles ressources, par exemple dans le cadre des mesures quantiques de précision. 

 

Direct link to Lay Summary Last update: 25.03.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Publications

Publication
Macroscopic quantum states: Measures, fragility, and implementations
Fröwis Florian, Sekatski Pavel, Dür Wolfgang, Gisin Nicolas, Sangouard Nicolas (2018), Macroscopic quantum states: Measures, fragility, and implementations, in Reviews of Modern Physics, 90(2), 025004-025004.
General measure for macroscopic quantum states beyond ‘dead and alive’
Sekatski Pavel, Yadin Benjamin, Renou Marc-Olivier, Dür Wolfgang, Gisin Nicolas, Fröwis Florian (2018), General measure for macroscopic quantum states beyond ‘dead and alive’, in New Journal of Physics, 20(1), 013025-013025.
Quantification of multidimensional entanglement stored in a crystal
Tiranov Alexey, Designolle Sébastien, Cruzeiro Emmanuel Zambrini, Lavoie Jonathan, Brunner Nicolas, Afzelius Mikael, Huber Marcus, Gisin Nicolas (2017), Quantification of multidimensional entanglement stored in a crystal, in Physical Review A, 96(4), 040303-040303.
Lower bounds on the size of general Schrödinger-cat states from experimental data
Fröwis Florian (2017), Lower bounds on the size of general Schrödinger-cat states from experimental data, in Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 50(11), 114003-114003.
Quantifying Photonic High-Dimensional Entanglement
Martin Anthony, Guerreiro Thiago, Tiranov Alexey, Designolle Sébastien, Fröwis Florian, Brunner Nicolas, Huber Marcus, Gisin Nicolas (2017), Quantifying Photonic High-Dimensional Entanglement, in Physical Review Letters, 118(11), 110501-110501.
Experimental certification of millions of genuinely entangled atoms in a solid
Fröwis Florian, Strassmann Peter C., Tiranov Alexey, Gut Corentin, Lavoie Jonathan, Brunner Nicolas, Bussi{è}res F{é}lix, Afzelius Mikael, Gisin Nicolas (2017), Experimental certification of millions of genuinely entangled atoms in a solid, in arXiv:1703.04704 [physics, physics:quant-ph], 8, 907.
Macroscopic quantum measurements of noncommuting observables
Barnea Tomer Jack, Renou Marc-Olivier, Fröwis Florian, Gisin Nicolas (2017), Macroscopic quantum measurements of noncommuting observables, in arXiv:1605.05956 [quant-ph], 96, 012111.
Temporal Multimode Storage of Entangled Photon Pairs
Tiranov Alexey, Strassmann Peter C., Lavoie Jonathan, Brunner Nicolas, Huber Marcus, Verma Varun B., Nam Sae Woo, Mirin Richard P., Lita Adriana E., Marsili Francesco, Afzelius Mikael, Bussières Félix, Gisin Nicolas (2016), Temporal Multimode Storage of Entangled Photon Pairs, in Physical Review Letters, 117(24), 240506-240506.
Demonstration of Light-Matter Micro-Macro Quantum Correlations
Tiranov Alexey, Lavoie Jonathan, Strassmann Peter C., Sangouard Nicolas, Afzelius Mikael, Bussières Félix, Gisin Nicolas (2016), Demonstration of Light-Matter Micro-Macro Quantum Correlations, in Physical Review Letters, 116(19), 190502-190502.

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
150579 Exploring the quantum features of large systems 01.09.2014 SNSF Professorships
127118 Bell experiments with human detectors 01.11.2009 Interdisciplinary projects
172590 Many Atom Entanglement in Crystals? 01.06.2017 Project funding (Div. I-III)
172590 Many Atom Entanglement in Crystals? 01.06.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Quantum theory is often presented as the theory of the microscopic world. However, things have changed dramatically over the last decade. Today one can envision manipulating large quantum systems, while mastering individual degrees of freedom. This opens up the possibility to access quantum effects in unexplored domains and provide motivations to entirely revisit a great number of questions on the quantum/classical transition.The vision of this project is to explore experimentally and theoretically large entangled systems and to collect evidence that entanglement can survive at large scales. This will be done experimentally as we propose to demonstrate entanglement between two or more massive crystals with hundreds of entanglement bits (e-bits), hundred of thousands of excitations and billions of ions. For this purpose, we'll use Neodymium doped YSO crystals and the AFC (Atomic Frequency Comb) protocol for multimode quantum memories.Experiments will advanced hand in hand with theory. The theoretical activities will aim to sharpen the notions of ''large'' and ''macroscopic''. Questions like ''What is large entanglement?'' and ''What deserves to be called entanglement between macroscopic systems?'' will receive new insightful answers, deepening our understanding of Nature.Although this project focuses on fundamental questions, we expect surprising applications. In particular the high sensitivity of large entanglement to various decoherence mechanisms can be seen positively as a potential resource for quantum sensors.
-