CAREER: Complexity Theory of Quantum States: A Novel Approach for Characterizing Quantum Computer Science

职业:量子态复杂性理论:表征量子计算机科学的新方法

基本信息

  • 批准号:
    2339116
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 78.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-05-01 至 2029-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Quantum computing can help solve some of the most complex problems in physics, chemistry, material design, optimization, and machine learning. Quantum complexity theory plays a crucial role in guiding the advancement of quantum computing. Nowadays, the study of quantum computing and quantum physics leads to many new computational tasks for dealing with quantum information. The theoretical framework in standard complexity theory might be insufficient to guide the investigation of these new problems. This award will provide a novel theoretical framework to steer the development of fast quantum algorithms for various new problems in quantum physics and computer science, and construct more secure quantum cryptography. Beyond technology, the award will support the (i) development of new quantum computing courses for science and engineering students that will be shared with nearby Hispanic-serving institutions in Houston, (ii) mentoring of students from underrepresented groups through the Research Emerging Scholars Program and the Quantum Research Experiences for Undergraduates Program, and (iii) institution of a Hybrid Quantum Computing Seminar to deepen the engagement with internal and external stakeholders in the quantum computing community.Quantum computing introduces many well-motivated computational tasks that ask to identify specific properties of input quantum states. For example, state tomography asks to learn the classical description of the input quantum states, and the security of quantum cryptography relies on the hardness of extracting information from quantum messages. However, the standard complexity theory for problems with classical inputs and outputs is inadequate for identifying the computational complexity of these new computational tasks. Therefore, this award seeks to advance the following three thrusts: (i) develop the complexity theory for problems that ask to identify specific properties of input quantum states, (ii) identify the security of quantum cryptographic primitives through the new complexity theory, and (iii) use the framework to characterize the computational hardness of variants of problems with quantum inputs.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.
量子计算可以帮助解决物理,化学,材料设计,优化和机器学习中一些最复杂的问题。量子复杂性理论在指导量子计算的发展中起着至关重要的作用。如今,量子计算和量子物理学的研究导致许多用于处理量子信息的新计算任务。标准复杂性理论中的理论框架可能不足以指导对这些新问题的研究。该奖项将提供一个新颖的理论框架,以指导量子物理和计算机科学各种新问题的快速量子算法的开发,并构建更安全的量子加密。除了技术之外,该奖项还将支持(i)为科学和工程学生开发新的量子计算课程,这些计算将与附近的休斯顿西班牙裔服务机构共享,(ii)指导来自代表性不足的小组的学生通过研究新兴的学者计划和量子研究经验,并与内部的量子研究经验和(IIII)的量子进行量子,以实施量子,以及(IIII)的量化量,并加入了III和III型量化量的量子。量子计算社区中的利益相关者。QuantumComputing引入了许多动机的计算任务,这些任务要求识别输入量子状态的特定属性。例如,状态层析成像要求学习输入量子状态的经典描述,而量子加密的安全性取决于从量子消息中提取信息的硬度。但是,对于经典输入和输出问题而言,标准复杂性理论不足以确定这些新计算任务的计算复杂性。因此,该奖项旨在提高以下三个决选择:(i)为要求确定输入量子状态的特定属性的问题发展复杂性理论,(ii)通过新的复杂性理论确定量子加密原始量的安全性,(iii)使用框架使用框架来通过批准的评估和指示的量化量的量化量的变体来表征nssf的变体,而nssf的计算量很高,这是nssf的评估。基金会的智力优点和更广泛的影响评论标准。

项目成果

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