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Genuine Quantum Algorithms Inspired by Thermodynamics and Natural Phenomena

Description du projet

Des algorithmes quantiques inspirés par la nature

Les ordinateurs quantiques exploitent les lois de la mécanique quantique pour traiter l’information de manière plus performante que les ordinateurs classiques. Néanmoins, créer des algorithmes pour ces ordinateurs représente un défi majeur. Les algorithmes quantiques actuels nécessitent des appareils très volumineux et de longs temps d'exécution, ce qui limite leur utilité. Le projet QuanThermal, financé par le CER, entend remédier à cela en concevant de nouveaux algorithmes quantiques performants inspirés des processus physiques de la nature. Le groupe de recherche développera des versions d’algorithmes thermodynamiques bien connus adaptées au matériel quantique. Ces algorithmes devraient trouver des applications dans la simulation quantique et le traitement de l’information.

Objectif

"As low-noise medium-scale quantum devices are on the horizon, it is becoming increasingly important to find useful quantum algorithms that can be run on such devices. However, existing quantum algorithms typically only offer an advantage compared to advanced classical computers when run on large-scale quantum devices for rather long running times, urging us to find more effective quantum algorithms.

This project aims to design new efficient Nature-inspired quantum algorithms and find new applications and use cases, through quantum generalisations of the Metropolis algorithm and Glauber dynamics, whose classical counterparts were also distilled from deeper understanding of physical models and thermodynamical processes, but turned out to be foundational in computer science through applications to a wide range of problems outside their original scope. The primary focus is on quantum algorithms related to open quantum systems and thermalisation. Such algorithms can be described by Quantum Markov Chains (QMC), which unify the powerful paradigms of classical randomized algorithms and traditional coherent quantum algorithms. Due to their rich, complex structure such processes have proven to be hard to construct and analyse. The PI's recent breakthroughs in designing detailed-balanced QMCs opened new ground in quantum algorithms design, and the PI intends to explore and exploit the resulting QMC algorithms and adapt them to the requirements of early quantum devices.

The PI's interdisciplinary approach already led to the successful translation of the physics inspired ""Quantum Signal Processing"" protocol to a major unification of various quantum algorithms via ""Quantum Singular Value Transformation"" (QSVT) (which has been presented at STOC'19 and cited 750 times since). Further building on physics intuition and CS insights, this project aims to pave the way of QMC-based algorithms for advancements in quantum simulation, optimization and information processing."

Champ scientifique (EuroSciVoc)

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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

HUN-REN Renyi Alfred Matematikai Kutatointezet
Contribution nette de l'UE
€ 1 470 693,00
Adresse
Realtanoda utca 13-15.
1053 Budapest
Hongrie
Région
Közép-Magyarország Budapest Budapest
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 1 470 693,00

Bénéficiaires (2)