Characterization and control of multipartite quantum systems for information processing

用于信息处理的多部分量子系统的表征和控制

基本信息

  • 批准号:
    327511-2011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Information processing based on the laws of quantum mechanics offers the promise of revolutionary advances in computing and communication. Quantum algorithms can perform certain tasks dramatically faster than today's fastest computers, and novel protocols such as teleportation and quantum cryptography can transform our current communication and information processing capabilities. Small-scale quantum information processing (QIP) has been demonstrated, but the challenge is to efficiently control multipartite coupled systems for large-scale QIP. These coupled systems can exhibit powerful non-classical correlations or 'entanglement' in the quantum regime, and nonlinear chaotic behaviour in the classical regime. In this research program, my goals are to characterize and analyze quantum interactions in multipartite systems, design and evaluate efficient quantum control techniques, and develop new quantum information processing protocols. This work builds on my ongoing successful research program in quantum information and quantum chaos and will focus on two areas. First, we will analyze the control of realistic quantum systems and explore how chaos affects information processing and the behaviour of valuable quantum resources such as entanglement. We intend to study noise and error correction in the presence of chaos, and the use of feedback control for QIP, which is still relatively unexplored. Second, we will perform detailed characterizations of multipartite quantum correlations and develop efficient, large-scale QIP protocols by exploiting these correlations. Our optimal communication schemes based on tripartite entanglement will be generalized to multiparty networks. The research will involve analytical and numerical techniques, and will analyze realistic physical systems in order to develop a framework of quantum control that can be usefully implemented. This exciting research will lead to new insight into long-debated questions about the quantum-classical connection as well as help to develop a powerful control toolbox for building robust quantum technologies. The program will train highly qualified personnel and enhance Canada's world-class reputation in QIP research.
基于量子力学定律的信息处理为计算和通信方面的革命进步提供了希望。量子算法可以比当今最快的计算机更快地执行某些任务,而诸如传送和量子加密等新颖协议可以改变我们当前的通信和信息处理能力。已经证明了小型量子信息处理(QIP),但挑战是有效控制大规模QIP的多部分耦合系统。这些耦合系统可以在量子制度中表现出强大的非经典相关性或“纠缠”,而经典制度中的非线性混沌行为。 在该研究计划中,我的目标是表征和分析多部分系统中的量子相互作用,设计和评估有效的量子控制技术,并制定新的量子信息处理协议。这项工作以我正在进行的量子信息和量子混乱的成功研究计划为基础,并将重点放在两个领域。首先,我们将分析对逼真的量子系统的控制,并探讨混乱如何影响信息处理以及有价值的量子资源(例如纠缠)的行为。我们打算在存在混乱的情况下研究噪声和误差校正,以及对QIP的反馈控制的使用,这仍然相对尚未探索。其次,我们将通过利用这些相关性来执行多部分量子相关性的详细特征,并通过利用这些相关性来开发有效的大规模QIP协议。我们基于三方纠缠的最佳通信计划将被推广到多方网络。该研究将涉及分析和数值技术,并将分析现实的物理系统,以开发可以有效实施的量子控制框架。 这项令人兴奋的研究将导致对有关量子古典连接的长期问题的新见解,并有助于开发强大的控制工具箱来构建强大的量子技术。该计划将培训高素质的人员,并在QIP研究中提高加拿大世界一流的声誉。

项目成果

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    2019
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    $ 2.7万
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  • 批准号:
    RGPIN-2016-06117
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知道了