Quantensimulation

Das Fraunhofer IAO entwickelt Quantenalgorithmen basierend auf Qubitization und Quantum Signal Processing (QSP) zur effizienten Simulation quantenmechanischer Systeme. Quantencomputer begegnen der exponentiellen Dimensionserweiterung des Hilbert-Raums und ermöglichen so eine drastische Reduktion der Rechenkomplexität. Trotz hoher Ressourcenanforderungen durch komplexe Gattersequenzen in Qubitizationoperatoren kann die Gatterkomplexität mithilfe variationeller Methoden deutlich gesenkt werden. Diese Methoden nutzen parametrisierte Quantenschaltkreise, die Eigenschaften, wie zum Beispiel Symmetrien des simulierten Systems berücksichtigen. Neben Quantensimulationen ermöglichen solche Algorithmen auch die Lösung linearer Gleichungssysteme und den Einsatz als Subroutine in größeren Algorithmen

Simulation Photonischer Systeme mittels Quantenalgorithmen, insb. zur Ausbreitung von Licht in strukturierten Medien für die schnelle Optimierung nanophotonischer Komponenten. Hier wird die Fähigkeit von Quantencomputern genutzt Interfenz physisch abzubilden, um Vielpfadinterferenzsysteme mit exponentiellem Speedup umzustellen. Dies ist von besonderer Relevanz für die Nanophotonik in der klassisch komplexe Wellenfelder berechnet werden müssen, obgleich final wenige Figures-of-Merit, wie die Beugungseffizienz, optimiert werden.