FET: Small: Improving Quantum Computing and Classical Communication using Discrete Sets of Unitary Matrices

FET:小型:使用离散酉矩阵集改进量子计算和经典通信

基本信息

  • 批准号:
    1908730
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-10-01 至 2023-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum computers promise to be more capable than any classical computer at solving certain problems and these devices are moving out of the lab and becoming generally programmable. The different physical implementations of qubits have quite different strengths and weaknesses, and it is essential to consider these characteristics when designing a quantum computer. This project uses the error characteristics of trapped-ion qubits to align algorithm design and hardware implementation for this physical architecture. The research program combines abstract mathematics, quantum physics, and signal processing; it is highly interdisciplinary. Research experience at the interface of engineering physics and signal processing will provide students with the skills needed to build bridges between these disciplines in either academia or industry. Code released on GitHub will encourage use by different research communities.This project will design new algorithms that optimize the realization of logical operators acting on encoded qubits, and that use the error characteristics of trapped-ion qubits to choose appropriate realizations for this architecture. Phase 1 will develop tools for manipulating Pauli operators, including stabilizer groups (with signs), Clifford operators, and diagonal gates represented by symmetric matrices over rings. The software that is developed will be compatible with commonly used software for quantum circuit optimization. Phase 2 will implement efficient algorithms to synthesize stabilizer codes that support transversal small-angle rotations.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
量子计算机有望比任何经典计算机更能解决某些问题,并且这些设备正在走出实验室并变得普遍可编程。 量子位的不同物理实现具有截然不同的优点和缺点,在设计量子计算机时必须考虑这些特性。 该项目利用捕获离子量子位的误差特性来协调该物理架构的算法设计和硬件实现。该研究项目结合了抽象数学、量子物理学和信号处理;它是高度跨学科的。 工程物理和信号处理接口的研究经验将为学生提供在学术界或工业界这些学科之间建立桥梁所需的技能。 GitHub 上发布的代码将鼓励不同研究社区使用。该项目将设计新算法,优化作用于编码量子位的逻辑运算符的实现,并使用俘获离子量子位的错误特征来为此架构选择适当的实现。 第一阶段将开发用于操纵泡利算子的工具,包括稳定组(带符号)、克利福德算子和由环上对称矩阵表示的对角门。 开发的软件将与常用的量子电路优化软件兼容。第二阶段将实施高效的算法来合成支持横向小角度旋转的稳定器代码。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Belief-Propagation with Quantum Messages for Polar Codes on Classical-Quantum Channels
Co-design of CSS Codes and Diagonal Gates
CSS代码和对角门的协同设计
Belief propagation with quantum messages for quantum-enhanced classical communications
  • DOI:
    10.1038/s41534-021-00422-1
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Narayanan Rengaswamy;K. Seshadreesan;S. Guha;H. Pfister
  • 通讯作者:
    Narayanan Rengaswamy;K. Seshadreesan;S. Guha;H. Pfister
Belief Propagation with Quantum Messages for Symmetric Classical-Quantum Channels
对称经典量子通道的量子消息置信传播
Logical Clifford Synthesis for Stabilizer Codes
稳定器代码的逻辑 Clifford 综合
  • DOI:
    10.1109/tqe.2020.3023419
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rengaswamy, Narayanan;Calderbank, Robert;Kadhe, Swanand;Pfister, Henry D.
  • 通讯作者:
    Pfister, Henry D.
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