Hybride quantenmechanisch-klassische Rechner

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Eisert
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Informatik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499315050

Hybrides quanten-klassisches Rechnen vereint die Vorteile von klassischem und Quantenrechnen. Dieser Ansatz ist vor allem in der gegenwärtigen Ära des verauschten und fehlerbehafteten Quantenrechnens wichtig und vielversprechend, in der die Möglichkeiten von Quantenprozessoren immer noch limitiert sind. Hybrides Rechnen birgt auch das weitreichendste Potential, um praktische Quantenvorteile tatsächlich zu realisieren, da es noch eine lange Zeit brauchen wird, bis fehlertolerante Quantenrechner klassische Maschinen ersetzen, sollte dies je der Fall sein. Aus diesem Grund nehmen hybride quanten-klassisch Ansätze in heuristischen Explorationen von Quantenrechnern gegenwärtig eine zentrale Rolle ein. Eine rigoroser formaler Rahmen fehlt allerdings bisher hierfür, auf eine recht schmerzhafte Weise. Das Ziel des vorliegenden Antrags HQCC ist es, dieses wichtige Forschungsfeld auf eine solide theoretische Grundlage zu stellen. Wir stellen fundamentale Fragen über die Mächtigkeit von hybridem Rechnen: - Welche rechnerischen Probleme sind auf hybriden quanten- klassischen Ansätzen lösbar? - Mit welchen Algorithmen können sie bestmöglich gelöst werden? - Welche Datenstrukturen und Kodierungen sind in den Lösungsansätzen jeweils vorzuziehen? - Können solche Probleme hinsichtlich ihres Rechenaufwandes klassifiziert werden, können also hybride Komplexitätsklassen formuliert werden? Um diese Fragen umfassend zu adressieren, ist das Projekt HQCC in drei Teile geteilt: Der erste stellt komplexitätstheoretische Fragen (etwa in welchen Regimes ein Quantenvorteil vorstellbar ist), einer setzt sich die Entwicklung von hybriden Algorithmen zum Ziel (etwa hinsichtlich variationeller Algorithmen, einschließlich der besten Art, Daten zu kodieren), und schließlich eines, das Fragen des Lernens erforscht. Diese Teile zusammengenommen werden ein umfassendes Bild hinsichtlich der Mächtigkeit von quanten-klassischem Rechnen entwerfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Lettland, Portugal, Ungarn
• Kooperationspartner: Professor Andris Ambainis, Ph.D.; Professor Dr. Yasser Omar; Professor Dr. Zoltan Zimboras