Shortcuts to Adiabaticity for Quantum Computation and Simulation

STAQS

Finanziamento del: European Commission  
Calls: ERA-NET QuantERA
Data inizio: 2022-06-01  Data fine: 2025-05-31
Budget totale: EUR 1.938.867,75  Quota INO del budget totale: EUR 245.024,41
Responsabile scientifico: Wolfgang Lechner    Responsabile scientifico per INO: Lamporesi Giacomo

Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: University of Innsbruck

altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
Bayerische Akademie der Wissenschaften
Jagiellonian University
University of Innsbruck
University of Luxembourg
Università di Napoli

altro personale INO coinvolto:
Zenesini Alessandro
Zenesini Alessandro


Abstract: I processi adiabatici sono al centro di innumerevoli esperimenti. Trovano numerose applicazioni in
simulazioni quantistiche e calcolo quantistico che vanno dalla generazione di sequenze di impulsi adiabatici per le
porte quantistiche in piattaforme superconduttive per la preparazione di stati a molti corpi in atomi freddi, a
citarne solo alcuni. Allo stesso tempo, la stessa preparazione dello stato adiabatico costituisce un
paradigma computazionale nel calcolo quantistico adiabatico. Mentre il teorema adiabatico consente una varietà di
applicazioni, è anche fonte di limitazioni fondamentali sia nei tempi richiesti, sia per le restrizioni legate al mantenimento del sistema nello stato fondamentale.
Il progetto è inquadrato come ricerca di base, ma esplora un nuovo concetto come seme per
future implementazioni tecnologiche nella simulazione quantistica adiabatica e nell’informatica. Il suo obiettivo specifico
è quello di sviluppare una serie completa di elementi costitutivi non adiabatici che sostituiscano la preparazione adiabatica di uno stato
mediante processi non adiabatici utilizzando scorciatoie per l’adiabaticità, Shortcut to adiabaticity (STA). Questo fondamentalmente nuovo
paradigma permette di distaccarsi dal limite adiabatico, che attualmente ne ostacola le applicazioni pratiche,
introducendo ulteriori operazioni quantistiche unitarie al sistema. In questo approccio promettente, esistono finora solo
lavori teorici e semplici esperimenti.
In uno sforzo congiunto dei principali gruppi sperimentali e teorici, il progetto dimostrerà con un primo
esperimento la STA in sistema a due corpi con un’architettura scalabile, il primo esperimento STA con un sistema non invariante di scala,
un nuovo framework teorico per STA di insiemi statistici e un nuovo framework di rete tensoriale
per STA.
L’impatto di una nuova set di elementi costitutivi non adiabatici per il calcolo quantistico e
simulazione quantistica deriva dall’uso diffuso della preparazione dello stato adiabatico. Nel migliorare questi metodi
e trasferendoli agli esperimenti, ci aspettiamo un ampio impatto che va da
esperimenti di scienza fondamentale ad applicazioni in dispositivi quantistici commerciali. Per quanto riguarda quest’ultimo, la domanda generale
per strumenti di ottimizzazione quantistica scalabili e tecnologicamente fattibili ha sottolineato il dirompente
carattere di STAQS.