DFG project G:(GEPRIS)563372006
ACE-QC Vollständig klassische und effiziente autonome Kalibrierung von Quantencomputern
| Coordinator | Professor Dr. Tommaso Calarco ; Professorin Dr. Mariami Gachechiladze |
| Grant period | 2025 - |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| | DFG |
| Identifier | G:(GEPRIS)563372006 |
⇧ SPP 2514: Quantum Software, Algorithmen und Systeme - Konzepte, Methoden und Werkzeuge für den Quanten-Softwarestack ⇧
Note: Unser Projekt ist Bestandteil einer umfassenden Initiative, das Potential von Quantencomputern zu entfalten, wodurch es letztendlich möglich wird, Rechenprobleme zu lösen, die außerhalb der Möglichkeiten heutiger Supercomputer liegen. Auch wenn die Entwicklung von Quantenprozessoren erhebliche Fortschritte macht, bergen Störeinflüsse unterschiedlichster Art nach wie vor erhebliche Schwierigkeiten, die eine ständige Kontrolle und (Re-)Kalibrierung im laufenden Betrieb erfordern. Zu diesem Zweck ist es unerlässlich, geeignete Methoden zu entwickeln, die es erlauben, Quantenprozessoren präzise und effizient zu kalibrieren und zu steuern. Die derzeit üblichen Methoden leisten genau dies allerdings nur bedingt und resultieren bisher in zeitaufwendigen Prozessen, die sowohl vonseiten der Nutzer sowie auch der Anbieter mit erheblichen Kosten verbunden sind. Vielfach benötigen sie zu viele Messergebnisse, um die Genauigkeit der Prozesse hinreichend präzise zu bestimmen, oder sind anfällig gegenüber Fehlerquellen systematischer Natur. Beides führt in der Praxis dazu, dass die Geräte falsch kalibriert oder zu ungenau sind, was mit einem limitierten praktischen Nutzen einhergeht. In dieser Kooperation werden wir uns mit den genannten Problemen befassen und darauf hinarbeiten, praktikable, effiziente und zuverlässige Lösungen zu entwickeln, um Quantenprozessoren zu kalibrieren. Konkret werden wir die erste Toolbox bereitstellen, die dies autonom in einem Black-Box-Aufbau für Quantencomputing auf mehreren Qubits ermöglicht. Dieser Ansatz erlaubt es, mit einer erheblich verringerten Zahl - optimal bis auf konstante Faktoren - an Messergebnissen die Genauigkeit der Implementierung rigoros zu bestimmen. Hierbei ist hervorzuheben, dass dafür lediglich die Anzahl der Quantenbits bekannt sein muss und keine sonstige Kenntnis über die interne Struktur des Quantenprozessors benötigt wird. Diese Ergebnisse werden wir in die Abläufe zur optimalen Steuerung von Quantenprozessoren integrieren, wodurch es dem System möglich ist, die entsprechenden Kontrollparameter präzise zu bestimmen und Abweichungen von der gewünschten Operation zu reduzieren. Darüber hinaus wird unser Ansatz nicht nur die Genauigkeit der Ausführung von Quantenprozessen verbessern, sondern auch den Kalibrierungsvorgang erheblich beschleunigen. Unser entwickeltes Tool wird sowohl effizient in der Anzahl der benötigten Messungen sein, als auch in der Lage innerhalb eines Black-box Setups zu operieren, wodurch es möglich wird, unterschiedliche Plattformen miteinander zu vergleichen. Dementsprechend stellt es einen Paradigmenwechsel in dem Forschungsbereich RA5 des Priority Program: “Verification and Validation of Quantum Software and Systems” dar, während es ebenfalls zur Weiterentwicklung von RA3: “Software Stack with Runtime Infrastructures” beiträgt.
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