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Foundations of quantum computational advantage

Descripción del proyecto

Nuevas técnicas subyacentes al diseño de algoritmos cuánticos eficientes

El éxito de la computación cuántica depende en gran medida de los avances en el nivel más fundamental. Los algoritmos cuánticos eficientes pueden tener un efecto significativo en problemas importantes y de gran alcance y resolver problemas matemáticos más rápidamente que sus homólogos clásicos. Aunque se conocen varios algoritmos cuánticos potentes, las técnicas básicas que emplean son escasas. El equipo del proyecto FoQaCiA, financiado con fondos europeos, pretende ampliar la base teórica para el diseño de algoritmos cuánticos. Para ello, los investigadores estudiarán cuatro ámbitos de la fenomenología cuántica: la contextualidad, la no clasicidad y la ventaja cuántica; la complejidad de las simulaciones clásicas de los cálculos cuánticos; la aritmética de los circuitos cuánticos; y la eficiencia de la computación cuántica tolerante a fallos.

Objetivo

In FoQaCiA, we will expand the theoretical basis for the design of quantum algorithms. Our view is that the future success of quantum computing critically depends on advances at the most fundamental level, and that large-scale investments in quantum implementations will only pay off if they can draw on additional foundational insights and ideas. While several powerful quantum algorithms are known, the basic techniques they employ are few and far between. Largely, it still remains to be discovered how to systematically harness the quantum for computation.

We study four areas of quantum phenomenology: (i) Quantum contextuality, non-classicality, and quantum advantage, (ii) Complexity of classical simulation of quantum computation, (iii) Arithmetic of quantum circuits, and (iv) Efficiency of fault-tolerant quantum computation.

These fields are chosen for two reasons. First, their progress is of great importance for the physical realisation and the broad applicability of quantum computation. Regarding (i), one of the simplest proofs of quantum contextuality, Mermin’s star, has recently been employed to prove (Bravyi, Gosset, König) that bounded-depth quantum circuits are more powerful than their classical analogues. We seek to expand this result beyond bounded depth. In (ii), we study the quantum speedup by shaving off the redundant part – the efficiently classically simulable. In (iii), we aim to provide more efficient techniques for gate and circuit synthesis, utilising the number-theoretic underpinnings of the problem. Regarding (iv), given the celebrated threshold theorem, and the fact that the error threshold is now known to be within reach of experiment, we will tackle the remaining challenge of reducing the cost of fault tolerance.

The second reason for selecting the above work areas is to mine them for foundational quantum mechanical structures and find related quantum algorithmic uses.

Coordinador

INTERNATIONAL IBERIAN NANOTECHNOLOGY LABORATORY
Aportación neta de la UEn
€ 331 117,50
Dirección
AVENIDA MESTRE JOSE VEIGA
4715-330 Braga
Portugal

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Región
Continente Norte Cávado
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
€ 331 117,50

Participantes (5)

Socios (5)