Kvantberäkningsteknik och simulering

Beskrivning

Kvantberäkningsteknik studerar hur information kan bearbetas med hjälp av kvantmekaniska system. Det innefattar design av kvantalgoritmer, programvara och hårdvara samt deras tillämpningar inom kommunikation, maskininlärning och simulering av fysikaliska system med hjälp av kvantdatorer.

Kvantberäkning skiljer sig från klassisk simulering av kvantfenomen. I stället handlar det om att använda kvantberäkningsprimitiver – såsom kubiter och kuditer – som är fundamentalt olika den klassiska primitivan, biten. Denna förskjutning möjliggör nya former av beräkning och leder till idén om kvantberäkningsstacken:

• Kvantmaskinvara: fysiska kvantdatorer byggda med hjälp av supraledande kubiter, instängda joner, fotoniska system, neutrala atomer eller spinkubiter – fundamentalt olika från klassisk kiselbaserad teknik.
• Kvantprogramvara: språk, kompilatorer och programmeringsmiljöer utformade för att köras på och interagera med kvantmaskinvara. Exempel inkluderar kvantprogrammeringsspråk (t.ex. Qiskit), kvantkretskompilatorer (t.ex. Qiskit transpiler) och kvantfelkorrigeringsbibliotek (t.ex. Stim).
• Kvantalgoritmer: algoritmer såsom Shors faktorisering och Grovers sökalgoritm som utnyttjar kvantfenomen som superposition och interferens för att lösa problem mer effektivt än vad som är möjligt med klassiska algoritmer. Dessa genombrott möjliggör exponentiella eller kvadratiska hastighetsökningar för uppgifter som faktorisering av stora heltal eller sökning i ostrukturerade datamängder.
• Kvantverifiering: formella metoder för att resonera kring korrekthet och tillförlitlighet i kvantprogram och kvantkretsar. Detta inkluderar tekniker från automatateori, logik och modellkontroll, anpassade till kvantberäkningens kontext för att säkerställa att kvantprogramvara beter sig som avsett.

Som ett förtydligande inkluderar vi även klassisk beräkning som direkt stödjer utvecklingen och förståelsen av kvantberäkning. Detta omfattar:

• Klassisk simulering av kvantdatorer (t.ex. för att prototypa kvantkretsar).
• Kvantfelkorrigeringskoder och ramverk implementerade på klassisk hårdvara.
• Formell verifiering av kvantprogram och kvantkretsar.
  

Vi strävar efter att utveckla kvantalgoritmer, språk och system som är djupt förankrade i datavetenskap. Vårt långsiktiga mål är att bygga ett hållbart ekosystem för kvantberäkningsteknik – som spänner över teori, programvara, maskinvara och utbildning.