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Projekt
Entwicklung von Software für fehlertolerantes Quantencomputing
Antragsteller
Professor Dr. Jens Eisert; Professor Dr. Markus Müller; Professor Dr.-Ing. Robert Wille
Fachliche Zuordnung
Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
Softwaretechnik und Programmiersprachen
Softwaretechnik und Programmiersprachen
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563402549
Der Bau und Betrieb großskaliger Quantencomputer, die in der Lage sind, Quantenanwendungen auszuführen, die klassische Supercomputer übertreffen oder praktischen Nutzen bringen, erfordert fehlertolerante Quantenfehlerkorrektur. Da Quantensysteme anfällig für Dekohärenz sind, ist die aktive Erkennung und Korrektur von Fehlern während der Speicherung und Verarbeitung von Quanteninformationen unerlässlich, um zuverlässige Berechnungsergebnisse von Quantenalgorithmen zu gewährleisten. Dies erfordert einerseits Quantenfehlerkorrekturcodes, die ausreichend leistungsfähige (universelle) fehlerkorrigierte Quantengate-Operationen ermöglichen. Andererseits erfordert die Implementierung dieser Operationen effiziente Quantenschaltungen, die fehlertolerante Emntwurfsprinzipien einhalten, um die unkontrollierbare Vermehrung von Fehlern zu verhindern, sowie effiziente Dekoder, um Fehler-Syndrom-Informationen klassisch zu verarbeiten. Allerdings berücksichtigen die meisten aktuellen Methoden zur Quantenkompilierung und -synthese die Fehlerkorrektur und Fehlertoleranz überhaupt nicht – was zu einer fatalen Lücke zwischen den erforderlichen und den vorhandenen Softwarelösungen für den Betrieb skalierbarer fehlerkorrigierter Quantencomputer führt. Infolgedessen wird der Bau fehlertoleranter Quantenschaltungen oft manuell durchgeführt (eine mühsame Aufgabe, die letztlich nicht skalierbar ist) und ignoriert häufig die spezifischen Fähigkeiten und Einschränkungen der tatsächlichen physischen Quantenhardware. In diesem Projekt wollen wir erste Schritte unternehmen, um diese gravierende Lücke zu schließen, indem wir uns auf mehrere konkrete Probleme im weiten Feld der fehlertoleranten Kompilierung konzentrieren. Wir akzeptieren, dass diese Herausforderung nur vernünftig angegangen werden kann, indem Expertise aus der Quanteninformationstheorie, Physik und Softwaredesign zusammengebracht wird. Wir werden Methoden entwickeln, die neuartige theoretische Techniken, Überlegungen zu physikalischen Hardwareeinschränkungen sowie automatisierte Werkzeuge für die fehlertolerante Kompilierung kombinieren. Damit wollen wir die Grundlage für ein umfassendes, automatisiertes Kompilierungs-Framework für skalierbare fehlertolerante Quantenberechnung legen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
