Optimierte Quantenalgorithmen: Durchbruch zum Quantenvorteil

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Optimierte Quantenalgorithmen präsentieren Lösung des Fermi-Hubbard-Modells auf zeitnaher Hardware.
Forscher der University of Bristol und des Quanten-Start-ups Phasecraft haben die Quantencomputer-Forschung vorangetrieben und sind damit dem praktischen hybriden quantenklassischen Rechnen einen Schritt näher gekommen.

Das Team unter der Leitung des Bristol-Forschers und Phasecraft-Mitbegründers Dr. Ashley Montanaro hat

Ashley Montanaro, hat Algorithmen und Analysen entdeckt, die den Bedarf an Quanten-Hardware zur Lösung von Problemen, die über den Bereich des klassischen Rechnens, sogar von Supercomputern, hinausgehen, deutlich verringern.
In der in Physical Review B veröffentlichten Arbeit demonstriert das Team, wie optimierte Quantenalgorithmen Instanzen des berüchtigten Fermi-Hubbard-Modells auf zeitnaher Hardware lösen können.
Das Fermi-Hubbard-Modell ist von grundlegender Bedeutung in der Physik der kondensierten Materie als Modell für stark korrelierte Materialien und ein Weg zum Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung.
Die Suche nach dem Grundzustand des Fermi-Hubbard-Modells wird als eine der ersten Anwendungen von Quantencomputern in naher Zukunft vorhergesagt und bietet einen Weg zum Verständnis und zur Entwicklung neuer Materialien.

Dr.

Ashley Montanaro, Forschungsleiter und Mitbegründer von Phasecraft: “Quantencomputer haben kritisch wichtige Anwendungen in der Materialwissenschaft und anderen Bereichen.

Trotz der großen Fortschritte bei der Quanten-Hardware in letzter Zeit sind wir möglicherweise noch einige Jahre davon entfernt, die richtige Software und Hardware zu haben, um sinnvolle Probleme mit Quantencomputing zu lösen. Unsere Forschung konzentriert sich auf Algorithmen und Software-Optimierungen, um die Kapazität der Quantenhardware zu maximieren und das Quantencomputing näher an die Realität zu bringen.
“In naher Zukunft wird Quanten-Hardware eine begrenzte Geräte- und Berechnungsgröße haben. Phasecraft hat neue theoretische Ideen und numerische Experimente angewandt, um eine sehr umfassende Studie über verschiedene Strategien zur Lösung des Fermi-Hubbard-Modells zu erstellen und sich auf die Strategien zu konzentrieren, die in naher Zukunft wahrscheinlich die besten Ergebnisse und Auswirkungen haben werden.”
Lana Mineh, eine Doktorandin in der School of Mathematics und dem Centre for Doctoral Training in Quantum Engineering, die eine Schlüsselrolle in der Forschung spielte, sagte: “Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Optimierung über Quantenschaltungen mit einer Gattertiefe von wesentlich weniger als tausend ausreichen könnte, um Instanzen des Fermi-Hubbard-Modells jenseits der Kapazität der aktuellen Supercomputer zu lösen.

Diese neue Forschung zeigt ein bedeutendes Versprechen für die Erzeugung des Grundzustands des Modells auf Quantengeräten in naher Zukunft und verbessert frühere Forschungsergebnisse um etwa einen Faktor 10.”
Physical Review B, herausgegeben von der American Physical Society, ist die führende Fachzeitschrift für Physik der kondensierten Materie.

Die von Experten begutachtete Forschungsarbeit wurde auch als Vorschlag der Herausgeber ausgewählt und soll in der Zeitschrift Physics erscheinen.

Andrew Childs, Professor am Fachbereich Informatik und am Institute for Advanced Computer Studies an der Universität von Maryland: “Das Fermi-Hubbard-Modell ist eine große Herausforderung in der Physik der kondensierten Materie, und das Phasecraft-Team hat beeindruckende Schritte gemacht, um zu zeigen, wie Quantencomputer dieses Problem lösen könnten.

Ihre Arbeit deutet darauf hin, dass überraschend tiefe Schaltkreise nützliche Informationen über dieses Modell liefern könnten, was es für realistische Quantenhardware zugänglicher macht.”
Hartmut Neven, Head of Quantum Artificial Intelligence Lab, Google: “Früher oder später wird das Quantencomputing kommen.

Die Entwicklung der Algorithmen und der Technologie für die ersten kommerziellen Anwendungen der frühen Quantencomputer-Hardware ist die größte Herausforderung, der sich das Feld stellen muss und der sich nur wenige stellen wollen.

Wir sind stolz darauf, Partner von Phasecraft zu sein, einem Team, das Fortschritte in der Quantensoftware entwickelt, die diesen Zeitrahmen um Jahre verkürzen könnten.”
Phasecraft-Mitbegründer Dr.

Toby Cubitt: “Unser Team bei Phasecraft besteht aus führenden Quantentheoretikern, die seit Jahrzehnten an der Erforschung und Anwendung der Quantentheorie arbeiten und einige der weltweit führenden akademischen Teams und Forschungen auf diesem Gebiet leiten.

Heute haben Ashley und sein Team Wege aufgezeigt, wie man den neuen Möglichkeiten, die knapp jenseits der heutigen technologischen Grenzen liegen, näher kommt.”
Phasecraft hat eine Rekord-Seed-Runde für ein Quantenunternehmen in Großbritannien mit einer Finanzierung von 3,7 Millionen Pfund durch private VC-Investoren abgeschlossen, angeführt von LocalGlobe mit Episode1 zusammen mit früheren Investoren.

Der ehemalige Songkick-Gründer Ian Hogarth ist auch als Vorstandsvorsitzender von Phasecraft eingestiegen. Phasecraft hat zuvor eine Pre-Seed-Runde in Höhe von 750.000 £ unter der Leitung des UCL Technology Fund mit Parkwalk Advisors und dem London Co-investment Fund erhalten und hat mehrere Zuschüsse von InnovateUK erhalten.

Insgesamt hat Phasecraft mehr als 5,5 Mio. Pfund durch Eigenkapitalfinanzierung und Forschungszuschüsse eingeworben.
Dr.

Toby Cubitt: “Mit der neuen Finanzierung und Unterstützung sind wir in der Lage, unsere bahnbrechende Forschung und Industriekooperationen fortzusetzen, um die Quantencomputerindustrie weiterzuentwickeln und schneller nützliche Anwendungen zu finden.”
Referenz: “Strategien zum Lösen des Fermi-Hubbard-Modells auf zeitnahen Quantencomputern” von Chris Cade, Lana Min

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