Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Mathematics for quantum computation and many-body theory (QOMBINE)

Alternativ tittel: Matematikk for kvanteberegning og mangelegemeteori (QOMBINE)

Tildelt: kr 12,5 mill.

Kvanteberegning er en framvoksende teknologi med et stort potensiale for å løse viktige problemer for samfunn og næringsliv. Sammenliknet med klassiske datamaskiner kan kvantedatamaskiner dramatisk redusere tida det tar å gjøre en beregning for noen spesifikke problemer, for eksempel i kvantekjemi. Dette vil påvirke ulike sektorer som næringsmiddel-, kjemisk- og farmasøytisk industri. Før potensialet til kvanteberegninger kan realiseres må flere problemer løses. Det viktigste er at komponentene i en kvantedatamaskin har veldig lett for å påvirke hverandre eller bli påvirket av omgivelsene. Dette er uheldig siden det betyr at man bare kan gjøre korte og unøyaktige beregninger. For øyeblikket er det bare et svært begrenset antall situasjoner der eksisterende kvantedatamaskiner utkonkurrerer klassiske datamaskiner. Prosjektet fokuserer på tre hovedområder. Vi skal utvikle nye matematiske metoder for å oppdage, kvantifisere, undertrykke og rette opp feilene i en kvantedatamaskin som kommer fra uønsket vekselvirkning med omgivelsene. Dette vil bidra til å realisere de potensielle fordelene med kvantedatamaskiner. Videre skal vi konstruere et enhetlig matematisk rammeverk som kan brukes til å beskrive ulike anvendelser i kvantekjemi. Kvantekjemi er et fagfelt der man forutsier egenskaper til molekyler og materialer. Til sist skal vi studere de ikke-klassiske egenskapene til kvantesystemer som gjør kvantekryptert kommunikasjon mulig. Vi skal finne nye uttrykk som kvantifiserer effektiviteten til disse krypteringsmetodene i situasjoner der systemet påvirkes av vekselvirkninger med omgivelsene.

Modern computers and their ever improving computing power have defined the technological advancements of our times. Their performance will eventually reach its limits and a new computational paradigm is currently being developed to enable future advances: Quantum computing aims to exploit the features of quantum mechanics in order to solve computational tasks faster than it would be possible on classical computers. Developing this technology and understanding its capabilities is a massive and quickly evolving endeavor. A collective effort of the scientific community drawing on expertise across various disciplines is key to deliver sound and long lasting progress. Our team of mathematicians, physicists and quantum chemists will concentrate on theoretical questions central to noise-resistant quantum computation and its application to many-body theory and information processing. Answering these questions requires novel tools anchored across our different disciplines. QOMBINE brings together a unique team of experts in Norway to develop these tools. This will lay the foundations for a new and rich cross-fertilization of research in Mathematics, Physics and Chemistry in Norway. We propose a noise-based approach inspired by quantum Shannon theory to estimate quantum error correcting codes for fault-tolerant quantum computation. We propose to natively incorporate the framework of quantum groups for topological quantum computing. With twisted Fourier analysis of matrix valued maps we will improve randomized benchmarking protocols. Furthermore, we propose to apply K-theory and quantum groups to gain a thorough understanding of quantum correlations and the graph isomorphism game. By studying the coupled cluster methods from a C*-algebraic perspective, we aim to develop a unifying framework justifying these methods rigorously in special cases, and generalizing them to new cases involving particles of different braid statistics.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek