Analysis and control of multipartite quantum interactions for computation and communication
用于计算和通信的多方量子相互作用的分析和控制
基本信息
- 批准号:RGPIN-2016-06117
- 负责人:
- 金额:$ 2.4万
- 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:2016
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2016-01-01 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Quantum mechanics offers the possibility of developing novel information processing protocols that could revolutionize computing and communication. Algorithms based on quantum mechanical laws can already perform certain tasks dramatically faster than our fastest computers, and protocols such as teleportation and quantum cryptography can transform our secure communication capabilities. In order to build large-scale quantum information processing devices, it is necessary to accurately prepare, manipulate and measure many-body quantum systems. Much progress has been made in demonstrating quantum control and information processing on a small scale but the challenge grows with the size of the system and the characterization and efficient control of multipartite quantum systems remains an interesting open question. These multipartite systems can exhibit powerful non-classical correlations in the quantum regime, and nonlinear chaotic behaviour at the classical level.
The objectives of this research program are to investigate, characterize and control multipartite quantum interactions, develop and evaluate robust quantum control techniques, and design efficient new information processing and communication protocols. The research will build on my successful research program in quantum information and chaos and will explore both the dynamics and the states of multipartite systems. We plan to model realistic physical systems and explore chaos from the point of view of quantum information processing. We will develop a theoretical framework to understand how chaos impacts quantum correlations such as entanglement, discord, nonlocality and decoherence (entanglement with the environment), that are important for information processing. We will analyze the behaviour of coupled systems for quantum synchronization and communication, and develop models to study and implement measurement, feedback control, and error correction in quantum chaotic systems, which is relatively unexplored. We will build on our past studies of tripartite quantum correlations to analyze and characterize multipartite correlations, design robust preparation schemes for multipartite entanglement, and extend our previous protocols for quantum communication to design efficient, large-scale information processing applications. The research will involve both analytical and numerical techniques and will focus on realistic systems in order to drive future experiments.
This program will not only help to develop tools for building future quantum technologies, but will also provide insight into long-standing, fundamental questions about the relationship between quantum and classical theory. Canadian researchers have already made important contributions to quantum information science. This research will train highly qualified personnel and strengthen Canada’s role as a leader in the field.
量子力学提供了开发新型信息处理协议的可能性,这些方案可能会彻底改变计算和通信。基于量子机械定律的算法已经比我们最快的计算机更快地执行了某些任务,并且诸如传送和量子加密之类的协议可以改变我们的安全通信能力。为了构建大型量子信息处理设备,有必要准确准备,操纵和测量多体量子系统。在小规模演示量子控制和信息处理方面取得了很多进展,但是随着系统的大小以及多部分量子系统的表征和有效控制,挑战仍然是一个有趣的开放问题。这些多方系统可以在量子状态下表现出强大的非经典相关性,而在经典层面上可以表现出非线性混沌行为。
该研究计划的目标是调查,表征和控制多方量子相互作用,开发和评估强大的量子控制技术,并设计有效的新信息处理和通信协议。这项研究将基于我成功的量子信息和混乱研究计划,并将探索多部分系统的动态和状态。我们计划对现实的物理系统进行建模,并从量子信息处理的角度探索混乱。我们将开发一个理论框架,以了解混乱如何影响量子相关性,例如纠缠,不一致,非定位和反矫正性(与环境的纠缠),这对于信息处理很重要。我们将分析耦合系统的量子同步和通信的行为,并开发模型来研究和实施测量,反馈控制和量子混沌系统中的误差校正,这是相对出乎意料的。将基于我们过去对三方量子相关性的研究,以分析和表征多方相关性,设计可靠的准备方案以进行多部分纠缠,并将我们先前的量子通信方案扩展到设计有效的,大规模的信息处理应用程序。这项研究将涉及分析技术和数值技术,并将专注于现实的系统,以推动未来的实验。
该计划不仅将有助于开发建立未来量子技术的工具,而且还将洞悉有关量子与经典理论之间关系的长期存在的基本问题。加拿大研究人员已经为量子信息科学做出了重要贡献。这项研究将培训高素质的人员,并加强加拿大在该领域的领导者的角色。
项目成果
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