Shortcuts to Adiabaticity for Quantum Computation and Simula

Adiabatische Prozess sind Kern von zahlreichen Experimenten und Anwendungen in der Quantensimulation und im Quantencomputing. Das Ziel von STAQS ist es, eine Reihe von neuartigen Grundbausteinen für diese Anwendungen zu entwickeln, die adiabatische Prozesse durch nicht-adiabatische Prozesse durch sogenannte shortcuts-to-adiabaticity (STA) ersetzen. Dieses neue Paradigma erlaubt es sich von fundamentalen Limitationen durch das Adiabatentheorem, das viele praktische Anwendungen verhindert, zu lösen i n dem neue Quantenoperationen entwickelt werden. In dem Projekt arbeiten führende Experimental- und Theorie-Gruppen zusammen die gemeinsam das erste STA Experiment in einer skalierbaren Architektur, das erste STA Experiment in einem nicht-skaleninvarianten System, neue theoretische Grundlagen für STA in statistischen Ensembles und ein Tensoren-Netzwerk für STA. Wir erwarten einen hohen Impakt des Projektes der von Grundlagenforschung bis hin zu kommerziell verwendbaren Quantencomputern reicht. Bezüglich letzterem zeigt das derzeitige Fehlen einer skalierbaren und umsetzbaren Technologie zum Lösen von Optimierungsproblemen am Quantencomputer den disruptiven Charakter des Projektes STAQS.

Adiabatische Prozess sind entscheidend für eine Vielzahl von Methoden und Experimenten und finden Anwendung in Quantensimulation und Quantencomputing in Form von adiabatischen Pulssequenzen für Quantenoperationen in supraleitenden Schaltkreisen bis hin zur Präparation von Vielteilchenzuständen in kalten Atomen. Das Projekt ist Grundlagenforschung das zukünftige Implementierungen von adiabatischen Methoden in Quantenomputer und Quantensimulation mithilfe von "shortcuts to adiabaticity", kurz STA. Durch dieses fundamental neue Paradigma kann das adiabatische Limit aufgeweicht werden und bisher unerreichbare Quantenoperationen ausgeführt werden.