Quanten-Tunneln: Von der Theorie zur fehlerkorrigierten Quanten-Simulation

Zusammenfassung Seit den Diskussionen über mögliche Quantencomputer stehen quantenmechanische Simulationen im Vordergrund möglicher Anwendungen, wobei die Aufgabe der quantenmechanischen Simulationen einen Vorteil der Quantenmechanik verspricht. Kürzlich haben Fortschritte es möglich gemacht, komplexe Moleküle mit variationalen Quanten-Eigensolvern zu simulieren oder die Dynamik von Vielkörper-Spin-Hamiltonianen zu untersuchen. Diese Simulationen haben das Potenzial, wertvolle Ergebnisse durch die Anwendung von Fehlervermeidungs-Techniken zu liefern. Die Simulation kleinerer Modelle hat ebenfalls große Bedeutung und ist derzeit in der Ära der rauschenden intermediären Quanten (Noisy Intermediate Scale Quantum) durch ihre geringere Fehleranfälligkeit machbarer. Ziel dieser Arbeit ist es, den theoretischen Hintergrund und die Schaltungsgestaltung einer Quanten-Tunnel-Simulation zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Hardware-Überlegungen liegt. Diese Studie präsentiert den erforderlichen theoretischen Hintergrund für eine solche Implementierung und hebt die wichtigsten Entwicklungsstufen hervor. Durch den Aufbau auf klassischen Ansätzen quantenmechanischer Simulationen zielt diese Studie darauf ab, das Ergebnis solcher Simulationen durch die Anwendung von Fehlervermeidungs-Techniken, Nullrauschen-Extrapolation und Auslesefehler-Vermeidung zu verbessern und sie in Verbindung mit der Multiprogrammierung des Quantenchips zu verwenden, einer Technik zur Lösung des Hardware-Unterauslastungsproblems, das in solchen Kontexten auftritt.