Projektbeschreibung
Forschung ebnet den Weg für die ersten Anwendungen von Quantenvorrichtungen in naher Zukunft
Quantencomputer könnten zu neuen Durchbrüchen in Wissenschaft und Technik verhelfen. Um ihre Vorteile nutzen zu können, müssen jedoch Grenzen bei der Entwicklung, der Optimierung und dem Benchmarking von Quantenalgorithmen überwunden werden. Wir befinden uns derzeit in der „verrauschten“ Ära der Quanteninformatik mit verrauschten Quantenprozessoren im mittleren Maßstab. Solche Vorrichtungen sind nur begrenzt in der Lage, Quantenalgorithmen aus dem Lehrbuch auszuführen. Das EU-finanzierte Projekt FINE-TEA-SQUAD zielt darauf ab, einen einheitlichen Rahmen zu entwickeln, mittels dessen solche Prozessoren praktische Anwendungen finden können. Die Forschenden werden Protokolle für die Vorbereitung von Quantenzuständen entwerfen und breite Familien von Zuständen charakterisieren, die auf skalierbare Weise vorbereitet werden können. Darüber hinaus werden sie ein praktisches Zertifizierungsinstrumentarium konzipieren, das für Geräte der nahen Zukunft geeignet ist, wobei der Schwerpunkt auf der Erzeugung zertifizierter Zufälligkeit aus einem einzigen verrauschten Quantenprozessor im mittleren Maßstab liegt.
Ziel
Quantum technologies have set remarkable milestones in the last years, e.g. with quantum advantage experiments and loophole-free Bell tests. Despite this progress, the quantum devices we currently have, the so-called noisy, intermediate-scale quantum (NISQ) devices, are too imperfect to run textbook quantum algorithms, yet they hold great potential. With their advent, much research has been devoted to finding them a first practical application. Focus on optimization, quantum chemistry and machine learning has been intense, and the developments are closely monitored by governments and industry alike. Variational algorithms in a classical-quantum feedback loop and adiabatic algorithms have been the dominant paradigm. However, important bottle-necks remain that severely maim the performance of NISQ devices and the field yearns for a novel approach.
FINE-TEA-SQUAD, FIrst NEar-TErm ApplicationS of QUAntum Devices, proposes a radically new vision: to develop a unifying framework that will yield the first practical applications of NISQ devices. The main objectives are (A) to design experimentally-friendly protocols for quantum state preparation circumventing major existing bottlenecks (high number of repetitions, noise-induced barren plateaus...) and characterize broad families of states that can be prepared in a scalable way, (B) to develop a practical certification toolset amenable to near-term devices, with especial focus on the generation of certified randomness from a single NISQ device. The key idea is to use the hardness of many-body physics in a classical verifier-quantum prover interactive protocol. This approach will overcome the existing limitations of current approaches: it will be both easy to prepare and easy to verify (C) to overcome current hardware scalability limitations by combining several NISQ nodes into a small quantum network, and develop the appropriate theoretical framework to efficiently tailor and run quantum algorithms on them.
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2021-STG
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