DFG project G:(GEPRIS)563252118
Kompilation von Quantenschaltkreisen für die Rydberg-Atom Plattform mit Berücksichtigung von Fehlermechanismen (ECQuRyd)
| Coordinator | Professor Dr. Hans Peter Büchler ; Professor Dr. Ilia Polian ; Dr. Sebastian Weber |
| Grant period | 2025 - |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| | DFG |
| Identifier | G:(GEPRIS)563252118 |
⇧ SPP 2514: Quantum Software, Algorithmen und Systeme - Konzepte, Methoden und Werkzeuge für den Quanten-Softwarestack ⇧
Note: Um einen Quantenalgorithmus auf einer Hardwareplattform auszuführen, muss er in seine nativen Operationen kompiliert werden. Dieses Projekt schließt die Lücke zwischen den jüngsten technologischen Fortschritten bei der Rydberg-Atom-Plattform und ihrer Fähigkeit zur Ausführung von Quantenschaltungen. Diese Plattform verspricht exzellente Skalierbarkeit durch Arrays mit Tausenden von Qubits, genaue Gatter und zahlreichen nativen Operationen, die auf anderen Plattformen nicht zu finden sind, darunter Multi-Qubit-Gatter und dynamische Änderungen der Qubit-Konnektivität durch physikalische Verschiebungen der Qubits. Existierende Kompilierungsansätze orientieren sich in der Regel auf supraleitende Qubits und bieten keine Unterstützung für die erweiterten Funktionen der Rydberg-Atom-Plattform. Die Antragsteller bringen ihre Kompetenzen aus der Informatik (Kompilierung von Quantenschaltungen und EDA) und aus der Physik (fundierte Kenntnisse der Plattform, ihrer Funktionsweise, der Fehlermechanismen und der Unterdrückung von Fehlern) in das Projekt ein, beteiligt ist auch ein Nachwuchswissenschaftler und Erstantragsteller. Auf der Grundlage unserer bahnbrechenden gemeinsamen Publikation auf der ICCAD-Konferenz 2021 werden wir Kompilierungsmethoden entwickeln, die die einzigartigen technologischen Möglichkeiten der betrachteten Plattform voll ausschöpfen. Sie nutzen ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden Fehlermechanismen nutzen, um Fehler zu überwinden. Die zu entwickelnden Kompilierungsmethoden werden die gesamte Vielfalt von Operationen nutzen, einschließlich Drei-Qubit-Gattern auf dem Rydberg-Gitter und Verschiebungen von Rydberg-Atomen in mehreren Dimensionen, um ursprünglich entfernte physikalische Qubits zu verbinden. Neben bereits experimentell nachgewiesenen Funktionen werden wir uns mit künftigen Verbesserungen der Plattform befassen und so den Experimentalphysikern wertvolle Hinweise auf die zu erwartende praktische Bedeutung dieser Verbesserungen geben. Ein herausragendes Merkmal unseres Ansatzes ist das Verständnis der hochkomplexen Beziehung zwischen Unterdrückung von Fehlern und der Kompilierung. Zentral sind hier mikroskopische Simulationen, die kompakte und dennoch detaillierte Fehlermodelle in der Kraus-Darstellung liefern. Ihre Einbindung in Kompiliermethoden für größere Schaltungen erfordert eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit und geht weit über heutigen Stand der Forschung hinaus. Hier bringen die Partner aus der Informatik ihre umfangreiche Erfahrung in der Kompilierung von Quantenschaltungen auf dem Rydberg-Atom und auf anderen Plattformen ein, während die Partner aus der Physik ihr tiefes Wissen über die Rydberg-Atom-Plattform, ihre Eigenschaften und Fehlermechanismen einbringen. Das Projekt ist im RA 3 des SPP angesiedelt, da sein Schwerpunkt auf plattformspezifischen und technologiebewussten Kompilierungstechniken liegt. Es ist auch eng mit RA4 und speziell den EDA-Methoden für Quantenhardware verbunden.
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