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Efficient Conversion of Quantum Information Resources

Descrizione del progetto

Protocolli efficienti al servizio di comunicazioni quantistiche a lunga distanza

Nell’ambito delle comunicazioni quantistiche, gli stati correlati sono ritenuti una «risorsa», dispendiosa da produrre, ma che permette l’attuazione di trasformazioni preziose. Una celebre conversione di risorse fornita dal protocollo di teletrasporto quantistico sostiene che è possibile inviare un qubit con la trasmissione di una coppia di qubit correlati condivisi (ebit) oltre a due qubit di comunicazione classica (cbit). La trasmissione di protocolli quantistici in tali disuguaglianze di risorse si è dimostrata utile poiché la manipolazione algebrica delle disuguaglianze si traduce in nuovi protocolli. Tuttavia, questo approccio è stato finora per lo più confinato alla comunicazione da punto a punto. L’obiettivo del progetto RESOURCE Q, finanziato dall’UE, è l’elaborazione di protocolli di comunicazione più efficienti sulle lunghe distanze. Un ulteriore obiettivo riguarderà lo sfruttamento del collegamento tra stati correlati e tensori.

Obiettivo

This proposal explores the power of quantum information in two respects. The first is the technological power of quantum information in a communication infrastructure, and the second is its descriptive power in many-particle quantum systems. My point of departure is to view quantum information as a resource that can be processed and converted.
In quantum communication, a famous resource conversion is provided by the quantum teleportation protocol, which allows us to send one quantum bit (1 qubit) through the transmission of two classical bits (2 cbits) and the use of one entangled pair of quantum bits (1 ebit):
1 ebit + 2 cbits > 1 qubit.
Casting quantum protocols in such resource inequalities has proven useful, since the algebraic manipulation of inequalities results in new protocols, but this approach has hitherto largely been limited to point-to-point communication. It is the first goal of this project to overcome this limitation and characterise resource conversion in larger quantum networks. This will result in more efficient communication protocols that will have an impact on the use and design of quantum communication networks, which are currently being built around the globe.
A quantum network involving distant communicating labs is mirrored at the small scale by a set of interacting quantum particles. The quantum state arising from pairwise interactions can be strongly entangled, with an underlying entanglement structure given by a graph with entangled pairs along the edges. There is a surprising and close connection between such entanglement structures and tensor research in the context of algebraic complexity theory. The second goal of the project is to exploit this connection and characterise the resource conversion of entanglement structures. The research will lead to more efficient tensor network representations of many-particle quantum states, and to progress on the computational complexity of matrix multiplication, a long-standing unsolved problem.

Meccanismo di finanziamento

ERC-COG - Consolidator Grant

Istituzione ospitante

KOBENHAVNS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 1 953 750,00
Indirizzo
NORREGADE 10
1165 Kobenhavn
Danimarca

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Regione
Danmark Hovedstaden Byen København
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 953 750,00

Beneficiari (1)