Calcul quantique bruyant à court terme

Near Term Noisy Quantum Computing

• Auteur / Autrice : Xiaoyu Sun
• Direction : Giuseppe Di molfetta, Hachem Kadri
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 05/12/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mathématiques et Informatique de Marseille
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIS Laboratoire d'Informatique et Systèmes

Mots clés

Mots clés libres

Informatique quantique bruyante

Apprentissage automatique quantique

La marche quantique

Noisy quantum computing

Quantum machine learning

Quantum walk

Résumé

Capable de calcul quantique universel, les marches quantiques (QW) ont des applications dans divers algorithmes quantiques, les progrès récents ont montré qu'ils pouvaient simuler plusieurs classes d'erreurs. Motivé par l'efficacité accrue du transport dans les complexes, nous étudierons la dynamique du bruit sur eux, en concevant des bruits contrôlables et en les simulant à l'aide de QW implémentés sur des circuits à transformée de Fourier quantique (QFT). Nous prévoyons que des modèles de bruit spécifiques donneront lieu à des performances améliorées dans le traitement de l'information quantique et contribueront davantage à la conception de nouveaux algorithmes quantiques tolérants aux pannes. Nous fournirons également un logiciel pour optimiser le contrôle du bruit. Des études récentes sur les automates cellulaires quantiques (QCA) ont démontré qu'ils permettent l'émergence d'états topologiquement protégés et sont les cadres optimaux pour simuler les QW. Ils ont des interactions locales avec des propagations d'erreur limitées et sont universels pour le calcul quantique. Motivés par la nature intrinsèque de l'interaction à courte portée dans le modèle de spin de Kitaev, nous concevrons le code de correction d'erreur quantique Kitaev basé sur QCA. Ensuite, nous étendrons l'idée aux réseaux cellulaires quantiques (RCQ), en nous concentrant sur les topologies des graphes d'interactions sous-jacents. Nos méthodes pourraient contribuer à la conception de matériels topologiquement tolérants aux pannes qui devraient économiser les ressources par rapport aux schémas de correction d'erreurs quantiques non topologiques.

Capable of universal quantum computation, quantum walks (QWs) have applications in various quantum algorithms, recent progress showed it could simulate multiple classes of errors. Motivated by the enhanced transport efficiency in complexes, we will investigate the noise dynamics over them, by engineering controllable noises and simulate them using QWs implemented on quantum Fourier transform (QFT) circuits. We expect that specific noise models would give rise to enhanced performance in quantum information processing and further contribute to the design of new fault-tolerant quantum algorithms. We will also provide software to optimize noise control. Recent studies on Quantum Cellular automata (QCA) demonstrated that they allow the emergence of topologically protected states and are the optimal frameworks to simulate QWs. They have local interactions with limited error propagation and are universal for quantum computation. Motivated by the intrinsic nature of short-range interaction in the Kitaev spin model, we will design the QCA-based Kitaev quantum error correction code. Then we will extend the idea to quantum cellular networks (QCNs), focusing on the topologies of underlying interactions graphs. Our methods could contribute to the design of topological fault-tolerant hardware that is expected to be resource-saving compared with non-topological quantum error correction schemes.