Closing the gap on the third way of computation.

缩小第三种计算方式的差距。

基本信息

  • 批准号:
    EP/K022512/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2013 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In recent times we have come to realise that our concept of information is deeply connected to the scientific laws that we believe in. One reason for this connection is that a computer is in fact a form of physical experiment. This can be understood as follows. While the electrical circuits that are used to build computers behave according to well understood rules, these rules can lead to complex behaviour, and so calculating how networks of circuits will evolve can correspond to time-consuming mathematical problems. By building computers we actually turn this problem around - we build networks of circuits, observe their evolution, and then use the observations to give answers to problems that we would have found difficult using a pen and paper.However, it turns out that there are many problems that even current computers cannot solve efficiently. Among them there is one very important example: it is extremely difficult to compute the evolution of systems obeying the laws of quantum physics. The term quantum physics refers to the laws that we believe describe the fundamental workings of the universe. These laws are particularly important for describing the behaviour of small objects such as atoms and photons (photons are elementary 'particles' of light). The fact that it is difficult to calculate the evolution of objects obeying the laws of quantum physics leads to the question: can we turn this problem around? If we can observe quantum systems, are there mathematical problems that we can solve that conventional computers find difficult? The answer to this question appears to be yes - there are some very important problems that so called quantum computers find much easier to solve than the best known methods using conventional computation. In fact, quantum physics can not only enable us to build better computers, it also enables us to communicate in very different ways. It turns out that the laws of quantum physics allow us to hide information in a very special way, and hence enable us to perform forms of cryptography (secret communication) in ways that have never been previously possible. Elementary forms of quantum cryptography are already commercially available.Despite such promise, it is still very challenging to obtain quantum systems with sufficient control to allow us to build full-blown quantum information processing devices. Although at a fundamental level quantum physics is believed to be responsible for the behaviour of almost all materials, full-blown quantum systems tend to be very small and susceptible to disturbances from their surroundings. The research project intends to find out what effect this noise has on our ability to process quantum information. In particular we will aim to understand whether realistic imperfections can still allow a third form of computation - one that is better than conventional computational, albeit not as powerful as an idealised quantum computer. Such a third form of computation, if it exists, may be significantly easier to build in real life. If it does not exist, then that would mean that either existing quantum computer proposals can tolerate much higher imperfections, or that we may simulate complex quantum systems on conventional computers much better than previously thought. All these possibilities are would have high impact, but to benefit we first need to determine which one is actually the case! The research project hopes to start making systematic progress on this extremely significant but extremely challenging problem.
近年来,我们逐渐意识到,我们的信息概念与我们所信仰的科学定律有着深刻的联系。这种联系的一个原因是计算机实际上是物理实验的一种形式。这可以理解如下。虽然用于构建计算机的电路按照众所周知的规则运行,但这些规则可能导致复杂的行为,因此计算电路网络将如何演化可以对应于耗时的数学问题。通过建造计算机,我们实际上扭转了这个问题——我们建造电路网络,观察它们的演变,然后利用观察结果给出我们用笔和纸很难解决的问题的答案。然而,事实证明,有很多问题即使是当前的计算机也无法有效解决。其中有一个非常重要的例子:计算遵守量子物理定律的系统的演化是极其困难的。量子物理学一词指的是我们认为描述宇宙基本运作的定律。这些定律对于描述原子和光子(光子是光的基本“粒子”)等小物体的行为特别重要。事实上,很难计算遵守量子物理定律的物体的演化,这引发了一个问题:我们可以扭转这个问题吗?如果我们可以观察量子系统,我们是否可以解决传统计算机认为困难的数学问题?这个问题的答案似乎是肯定的——有一些非常重要的问题,所谓的量子计算机发现比使用传统计算的最著名的方法更容易解决。事实上,量子物理学不仅可以让我们建造更好的计算机,还可以让我们以非常不同的方式进行交流。事实证明,量子物理定律允许我们以一种非常特殊的方式隐藏信息,从而使我们能够以以前不可能的方式执行各种形式的密码学(秘密通信)。量子密码学的基本形式已经在商业上可用。尽管有这样的希望,但获得具有足够控制能力的量子系统以允许我们构建成熟的量子信息处理设备仍然非常具有挑战性。尽管从根本上来说,量子物理学被认为对几乎所有材料的行为都有影响,但成熟的量子系统往往非常小,并且容易受到周围环境的干扰。该研究项目旨在找出这种噪声对我们处理量子信息的能力有何影响。特别是,我们的目标是了解现实的缺陷是否仍然可以允许第三种计算形式——一种比传统计算更好的计算形式,尽管不如理想化的量子计算机那么强大。如果存在这样的第三种计算形式,那么在现实生活中构建起来可能会容易得多。如果它不存在,那么这将意味着现有的量子计算机提案可以容忍更高的缺陷,或者我们可以比以前想象的更好地在传统计算机上模拟复杂的量子系统。所有这些可能性都会产生很大的影响,但为了受益,我们首先需要确定哪一种是实际情况!该研究项目希望开始在这个极其重要但极具挑战性的问题上取得系统性进展。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Smallest state spaces for which bipartite entangled quantum states are separable
二分纠缠量子态可分离的最小状态空间
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/17/9/093047
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Anwar H
  • 通讯作者:
    Anwar H
In preparation: PEPS states and measurements that can be efficiently sampled
准备中:可有效采样的 PEPS 状态和测量结果
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Anwar H
  • 通讯作者:
    Anwar H
Generalised versions of separable decompositions applicable to bipartite entangled quantum states
适用于二分纠缠量子态的可分离分解的广义版本
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ab3adc
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Anwar H
  • 通讯作者:
    Anwar H
Fast decoders for qudit topological codes
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/16/6/063038
  • 发表时间:
    2014-06-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Anwar, Hussain;Brown, Benjamin J.;Browne, Dan E.
  • 通讯作者:
    Browne, Dan E.
Smallest disentangling state spaces for general entangled bipartite quantum states
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  • DOI:
    10.48550/arxiv.1511.03196
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Anwar Hussain
  • 通讯作者:
    Anwar Hussain
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