Fehlerkorrektur für Quanteninformationsverarbeitung

• Antragsteller: Dr. Michael Epping, seit 6/2022
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme ; Theoretische Informatik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491784278

In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Quantentechnologien bedeutende Fortschritte erzielt und damit Entwicklung von Quantencomputern vorangebracht. Der Schutz der Quanteninformationen vor Rauschen und Dekohärenz ist daher aktueller den je und Quantenfehlerkorrektur wird sehr bald nötig sein um praktisches Quantencomputing umzusetzten. Um eine Umsetzung von Quantenfehlerkorrektur möglich zu machen, zielt das EQUIP-Projekt darauf ab, (1) radikal neue Lösungenfür die fehlertolerante Quantenberechnung für mittlere und große Quantensysteme zu entwickelen, und (2) die kritische Lücke zwischen algorithmischen Lösungen und bezüglich Latenz, Leistung und Skalierbarkeiteingeschränkten Hardware zu überbrücken. Um diese Ziele zu erreichen, bringen wir in dem Projekt eine große Bandbreite von interdisziplinärem Fachwissen zusammen: Von den Grundlagen der Informatik über Quantenfehlerkorrekturund fehlertoleranten Berechnungen bis hin zu algorithmischen Aspekten, Computerarchitekturen undHardware-Designs. Die wichtigsten Beiträge der vorgeschlagenen Forschung sind die folgenden. Erstens werden wir im Rahmen des Projekts optimierte Lösungen mit niedrigem Qubit-Overhead entwickelt, die sich fürQuantensysteme mittler Grüße eignen entwickeln, einschließlich anwendungsorientierter und softwarebasierter Fehlerunterdrückungsmechanismen, sowie Flag-Qubit Protokolle. Zweitens wird das Projekt große Systeme ins Auge fassen und dortvöllig neue Ansätze zur genauen und hardwarefreundlichen Dekodierung von Low-Density-Parity-Check-Codes entwickeln und neuartige Ansätze erforschen, die sich auf Quanten-Polar-Codes beruhen. Drittens soll die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Lösungen nachgewiesen werden,entweder durch ihre Implementierung in reale Quantendevices und Quantensimulatoren mittlerer Größe,oder durch das Hardware-Prototyping der vielversprechendsten Dekodierungslösungen für größere Systeme. Das Ziel der vorgeschlagenen Forschungsarbeiten ist es, die Grundvoraussetzung für die europäische Industrie zu schaffen, um die Herausforderungen für praktische Quanteninformationsverarbeitung zu meistern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Österreich, Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Carmen Garcia Almudever; Professor Francisco Garcia-Herrero; Professor Dr. Alexandru Paler; Professor Dr. Valentin Savin
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Gianluigi Liva, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Tobias Stollenwerk, bis 6/2022