Theoretical Quantum Computing (THEQUCO)

Nach einer gigantischen Anstrengung und mehr als zwanzig Jahren Entwicklungszeit wurden erste Prototypen von Quantencomputern gebaut und die so genannte Quantenüberlegenheit demonstriert. Gleichzeitig gibt es ausgewählte Probleme, bei denen bekannt ist, dass Quantenalgorithmen die Lösung beschleunigen können. Dies hat die Hoffnung geweckt, dass Quantencomputer bald in der Lage sein werden, wichtige Probleme zu lösen, die mit ihren klassischen Gegenstücken nicht gelöst werden können.

Die Geschichte ist jedoch noch lange nicht zu Ende. Erstens sind alle bestehenden und geplanten Quantencomputer verrauscht und mit Fehlern behaftet. Zweitens vertragen die meisten Quantenalgorithmen keine Fehler, was die Anwendbarkeit von Quantencomputern stark einschränkt, bis sie fehlerfrei sind. Es gibt einige heuristische Quantenalgorithmen, die bei niedrigen Fehlerquoten funktionieren könnten, deren Effizienz gegenüber den klassischen Algorithmen jedoch erst noch nachgewiesen werden muss. Außerdem gibt es kaum Algorithmen für skalierbare Geräte. Gleichzeitig haben die neuen Prototypen von Quantencomputern mehrere grundlegende Fragen aufgeworfen, die von ihrer Komplexität bis zu ihrer Eignung für das maschinelle Lernen reichen.

Dieses Konsortium befasst sich mit den oben aufgeworfenen theoretischen Fragen. Es trägt zur Entwicklung der Quanteninformationstheorie hinter Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) und analogen Geräten bei. Es konstruiert neue Quantenalgorithmen sowohl für aktuelle als auch für geplante skalierbare Gerätegenerationen. Außerdem werden neue Methoden und Protokolle zur Zertifizierung von Quantencomputern und deren Fähigkeit, einen Quantenvorteil zu demonstrieren, entwickelt. Schließlich untersucht es die Verbesserung aktueller Quantencomputer durch die Einführung neuer Kontroll- und Fehlerminderungsmethoden und trägt durch die Entwicklung und Verbesserung von Fehlerkorrekturtechniken zu ihrer Vergrößerung bei.