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Analoger Quantenrechner Hardware-nahe Software Ulm
DLR-Institut
Zusammenarbeit

Ziel

Wir konzipieren einen neuartigen analogen Quanten-Rechenautomaten (AQuRA) auf Basis von kontinuierlichen Quantenvariablen. Dazu erstellen wir Quantenalgorithmen und entwickeln Software zur Simulation des AQuRA und der zugehörigen Algorithmen auf klassischen Computing-Systemen.

Unser Ziel ist die Entwicklung des Funktionskonzept eines analogen Quantenrechenautomaten, welcher auf kontinuierlichen Quantensystemen basiert. Zu diesem Zweck übertragen wir Konzepte des klassischen Analogrechnens in die Quantendomäne. Dabei untersuchen wir insbesondere den Einsatz von AQuRA als Quantensimulator für ressourceneffiziente Simulationen von quantenmechanischen Mehrteilchensystemen. Solche Mehrteilchensysteme sind zum Beispiel sehr relevant in der Medizin und Materialphysik sowie zur Entwicklung neuer Quantentechnologien. Durch die Zusammenarbeit mit anabrid identifizieren wir optimale Einsatzmöglichkeiten von klassischen und quantenmechanischen Analogrechnern.

Motivation

Noch ist die Leistungsfähigkeit der verfügbaren Quantencomputer begrenzt. Um das volle Potential des Quantencomputings auszuschöpfen sind auch neue und unkonventionelle Ansätze erstrebenswert. Deshalb entwickeln wir im Projekt AQuRA das Funktionskonzept für einen analogen Quantenrechenautomaten (AQuRA). Im Vergleich zu den zwei diskreten Basiszuständen eines Qubits steht bei dieser Art des Computings eine unendlich-dimensionale, kontinuierliche Basis und somit erhebliche Quantenressource zur Verfügung. Durch die Quantenphänomene der Interferenz und Verschränkung kann AQuRA prinzipiell einen Quantenvorteil im Vergleich zu einem klassischen Rechner erzielen.

Herausforderung

Um das Computing mit kontinuierlichen Quantensystemen zu ermöglichen, sind Herausforderungen ganz unterschiedlicher Art zu meistern. Zuerst müssen wir das generelle Funktionskonzept des AQuRA entwickeln. Hierfür definieren wir beispielsweise das Computing-Paradigma und identifizieren geeignete Methoden für die Präparation und das Auslesen der Quantensysteme. Besonders wichtig ist dabei die Entwicklung der elementaren Operationen und die Verschränkung der einzelnen Quantensysteme. Außerdem entwickeln wir eine Architektur erforschen geeignete physikalische Systeme für die Implementierung des AQuRA. Besonders interessant ist darüber hinaus die Identifikation möglicher Anwendungsfelder des AQuRA. Zum Beispiel untersuchen wird die Eignung als weitgehend universeller Quantensimulator. Schließlich wollen wir mithilfe einer Simulation das Potential des AQuRA per Benchmark abschätzen.

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