EQUIP

Herausforderung: Störungsfreie Quanteberechungen

Eine aktuelle Herausforderung besteht darin, Quantenberechnungen möglichst störungsfrei durchzuführen. Die Berechnungen sollen mithilfe von Quantenfehlerkorrektur vor Rauschen und Dekohärenz geschützt werden. Um stabile Berechnungen zu erreichen, ist die Integration von Quantenfehlerkorrektur in praktische Quantencomputer notwendig.Das EQUIP-Projekt zielt darauf ab, eine solche Integration zu ermöglichen, indem es radikal neue Lösungen für die fehlertolerante Quantenberechnung bereitstellt. Diese Lösungen sollen sowohl mittlere als auch große Quantensysteme abdecken und die kritische Lücke zwischen algorithmischen Lösungen und Hardware-Designs mit eingeschränkter Latenz, Leistung und Skalierbarkeit überbrücken.Um diese Ziele zu erreichen, bringt das Projekt interdisziplinäres Fachwissen zusammen, das von den computerwissenschaftlichen Grundlagen der Quantenfehlerkorrektur und der fehlertoleranten Berechnung bis hin zu algorithmischen Aspekten, Computerarchitekturen und Hardware-Designs reicht.

Entwicklungen des EQUIP-Projekts

Wichtige Entwicklungen des EQUIP-Projekts sind erstens optimierte Lösungen mit geringem Qubit-Overhead, die für Quantensysteme mittlerer Größe geeignet, aber nicht darauf beschränkt sind:

• Erstens schließt dies anwendungsbezogene und softwarebasierte Fehlerbegrenzungsverfahren sowie Flag-Fehlerkorrekturprotokolle ein. Hier trägt das Institut für Softwaretechnologie maßgeblich zur Erforschung von Methoden bei, die in naher Zukunft insbesondere in Anwendungen aus dem Themenspektrum des DLR eingesetzt werden können.

• Zweitens werden für Großsysteme völlig neue Ansätze für die genaue und hardwarefreundliche Dekodierung von Quanten-Paritätsprüfcodes niedriger Dichte entwickelt und bahnbrechende Ansätze erforscht, die auf Quanten-Polar-Codes beruhen.

• Drittens wird die Effektivität der vorgeschlagenen Lösungen entweder durch ihre Implementierung in reale Quantengeräte und Quantensimulatoren im mittleren Maßstab oder durch das Hardware-Prototyping der vielversprechendsten Dekodierungslösungen für Großgeräte demonstriert.

Das Ziel der geplanten Forschungsarbeiten ist, die europäischen Industrie auf die bevorstehenden Herausforderungen innovativer Quantentechnologie vorzubereiten.