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颖的信息处理协议的可能性,这些协议可以彻底改变计算和通信基于量子力学定律的算法已经可以比我们最快的计算机更快地执行某些任务,而远程传输和量子密码学等协议可以改变我们的安全通信能力。为了构建大规模量子信息处理设备,需要精确地制备、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已经取得了很大进展,但挑战也随之增加。系统的大小和多部分量子系统的表征和有效控制仍然是一个有趣的悬而未决的问题,这些多部分系统可以在量子体系中表现出强大的非经典相关性,并在经典水平上表现出非线性混沌行为。
该研究项目的目标是研究、表征和控制多方量子相互作用,开发和评估鲁棒的量子控制技术,并设计高效的新信息处理和通信协议。该研究将建立在我在量子信息和混沌与量子领域的成功研究项目的基础上。我们将探索多部分系统的动力学和状态。我们计划对现实物理系统进行建模,并从量子信息处理的角度探索混沌。我们将开发一个理论框架来理解混沌如何影响量子相关性,例如纠缠、不和谐。 、非定域性和退相干性(与环境的纠缠),这对于信息处理非常重要,我们将分析量子同步和通信的耦合系统的行为,并开发模型来研究和实现量子混沌系统中的测量、反馈控制和纠错。我们将在过去对三方量子相关性的研究的基础上,分析和表征多方相关性,设计稳健的多方纠缠准备方案,并扩展我们之前的量子通信协议,以设计高效、大规模的信息处理应用。将要涉及分析和数值技术,并将重点关注现实系统以推动未来的实验。
该计划不仅有助于开发构建未来量子技术的工具,还将深入了解有关量子和经典理论之间关系的长期基本问题,加拿大研究人员已经为量子信息科学做出了重要贡献。将培养高素质人才并加强加拿大在该领域的领导者地位。
项目成果
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