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Tracking Information in Quantum Networks

Description du projet

Sonder le désordre quantique dans les dispositifs d’information quantique

Dans la théorie de l’information, l’entropie mesure le caractère aléatoire ou l’incertitude d’un système. Il s’agit d’un concept fondamental, notamment dans la théorie de la communication quantique ou des algorithmes quantiques. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet TITAN a pour objectif de sonder davantage les inégalités entropiques, qui ont été peu étudiées dans le traitement de l’information quantique. Le projet étudiera les changements d’entropie des portes et des canaux quantiques qui peuvent faire partie d’un circuit de codage ou de décodage ou agir comme des nœuds dans un réseau neuronal quantique. Un cadre avancé qui décrit les inégalités entropiques devrait aider à concevoir les dispositifs quantiques de la prochaine génération.

Objectif

Recent technological advances allow to build revolutionary devices for information processing by making use of quantum mechanics. Most strikingly, quantum communication allows to transmit information with physical security guarantees and quantum algorithms solve problems that are otherwise computationally unfeasible. Having such quantum technologies in sight, it becomes imperative to investigate what can be achieved in practice but also what the ultimate limitations are. Since both questions are fundamentally concerned with processing information, it is natural to seek an information theoretic approach to find an answer.
Entropy inequalities are among the most important tools in the theory of classical and quantum information processing. They have been successfully applied to bound the information flow in classical information networks and to understand the inner workings of deep neural networks. However, in the quantum case our understanding of such inequalities is currently lacking. Most importantly, the quantum information community is missing a developed theory regarding conditioning on quantum systems. This fact hinders us in fully judging the potential impact of modern quantum technologies, since one is not able to effectively determine the properties of the underlying operations.
I propose to set up a conceptually novel information-theoretic framework to quantify practical advantages of quantum-based devices for network communication and machine learning, by mitigating the quantum conditioning problem. I will develop entropic inequalities that describe the change of entropy under specific operations, in particular, quantum gates and channels that can be part of an encoding or decoding circuit for quantum communication, a quantum internet or act as nodes in a quantum neural network. I will develop a framework that allows to prove such entropy inequalities, on a unified basis and employ them to better understand these important technologies of the future.

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2020

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Coordinateur

TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN
Contribution nette de l'UE
€ 262 948,80
Adresse
Arcisstrasse 21
80333 Muenchen
Allemagne
Région
Bayern Oberbayern München, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 262 948,80

Partenaires (1)