Projektbeschreibung
Ein skalierbarer, auf kontinuierlichen Messungen basierender Ansatz für Quantenberechnungen
Die messungsbasierte Quantenberechnung wurde vor etwas mehr als zwei Jahrzehnten eingeführt. Sie beruht auf der Verarbeitung von Quanteninformation durch Iterationen einfacher Messungen an mehreren Qubits, die in einem stark verschränkten Zustand, einem so genannten Clusterzustand, präpariert sind. Trotz beträchtlicher Fortschritte in den vergangenen zehn Jahren bestehen nach wie vor beträchtliche konzeptionelle und technische Herausforderungen, die einer Vergrößerung, die die Leistung klassischer Computer übertreffen kann, im Wege stehen. Das ERC-finanzierte Projekt ClusterQ wird auf den nachgewiesenen extrem großen 2D-Clusterzuständen aufbauen und für skalierbare 3D-Clusterzustände sorgen. Diese werden erforscht und getestet, um einen messungsbasierten Ansatz mit kontinuierlichen Variablen zu entwickeln, eine neuartige Strategie für fehlertolerante messungsbasierte Quantenberechnungen unter Verwendung von Oberflächencodes in 3D-Cluster-Zuständen.
Ziel
Measurement-based quantum computation is a highly promising approach to quantum computing as it simply performs quantum processing directly through the measurements of a multi-partite entangled cluster state and thereby circumvents the complex unitary dynamics of conventional gate-based quantum computers. However, despite significant progress over the last decade in devising new strategies for measurement-based quantum computing, significant conceptual and technical challenges still remain for realizing up-scaled versions that reach the quantum advantage regime where it outperforms classical computation. In ClusterQ we aim to overcome these challenges using continuous variable three-dimensional entangled cluster states. Based on our recent work on generating and exploiting extremely large two-dimensional clusters states we aim to make conceptual breakthroughs along three different directions. First, we deterministically generate highly scalable three-dimensional cluster states of different topological structures, and explore their many-body behaviour and usefulness for quantum computing. Next, we use the three-dimensional cluster states combined with hybrid detection technologies to demonstrate new quantum boson sampling algorithms – a near-term quantum computing algorithm allowing for a demonstration of quantum computational supremacy – and finally, we explore, theoretically and experimentally, a novel strategy for fault-tolerant measurement-based quantum computation using surface-codes in 3D cluster states. ClusterQ aims to position the continuous variable measurement-based approach to quantum information processing in the field of front-running candidates for NISQ (noisy, intermediate-scale quantum) computing and, in the longer term, fault-tolerant quantum computing.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC - Support for frontier research (ERC)Gastgebende Einrichtung
2800 Kongens Lyngby
Dänemark