Auf dem Weg zu einem nützlichen Quantenvorteil

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Angela Capel; Professor Dr. Martin Kliesch
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532779266

In den letzten Jahren ist das Forschungsfeld Quantentechnologie erheblich gewachsen. Quantensimulatoren haben sich als eine der experimentell fortschrittlichsten Plattformen erwiesen. Dabei handelt es sich um Geräte, mit denen hochkomplexe Quantensysteme simuliert werden können. Dies ist ein Bereich, in dem Europa derzeit einen deutlichen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Standorten besitzt. Unter Physikern besteht ein wachsender Konsens darüber, dass Quantensimulatoren bereits einen so genannten Quantenvorteil erzielt haben. Diese Ergebnisse wurden jedoch wesentlich weniger beachtet und geprüft als ähnliche Behauptungen, die für digitale Quantencomputer aufgestellt wurden. TouQan zielt darauf ab, die Lücke in unserem Verständnis der potenziellen Quantenvorteile von Quantensimulatoren zu schließen. Hierzu wollen wir eine "Katz-und-Maus"-Untersuchung durchführen, bei der jedes der Ziele darauf abzielt, das Potential der anderen genauer auszuloten. Erstens werden wir unser Wissen über die Rechenleistung von Simulatoren aus einer mathematisch rigorosen Perspektive erweitern und Wege finden, sie zu charakterisieren, einschließlich der Auswirkungen von unerwünschtem Rauschverhalten in der Hardware. Zweitens werden wir untersuchen, unter welchen Bedingungen klassische Computer Quantensimulatoren effektiv simulieren können, um einzugrenzen, wann sie keine signifikanten Vorteile bieten. Auf diese Weise werden wir ein klareres Verständnis davon herausarbeiten, was diese Geräte rechentechnisch leisten können. Dadurch wird sich eine breitere Forschungsgemeinschaft für Quantensimulatoren gewinnen lassen und die Position Europas in diesem Sektor gestärkt. Der interdisziplinäre Charakter dieses Projekts erfordert den Einsatz und die Entwicklung fortschrittlicher Werkzeuge an der Schnittstelle von Informatik, Physik und mathematischer Physik. Unser Konsortium besteht aus fünf ehrgeizigen Nachwuchswissenschaftlern mit sehr gutem Track Record, die in verschiedenen europäischen Ländern ansässig forschen. Diese gemeinsame Initiative wird eine verstärkte Zusammenarbeit zwischen den europäischen Ländern zu einem hochaktuellen Thema ins Leben rufen, die Entwicklung von Quantensimulatoren wird vorangetrieben und unser Verständnis ihrer Rechenleistung vertieft. Insbesondere wird die brennende Frage geklärt, wie Quantensimulatoren den mit viel Einsatz gesuchten Quantenvorteil bieten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Polen, Spanien
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Alvaro Martin Alhambra; Dr. Michal Oszmaniec; Professor Dr. Daniel Stilck França