Aplicación

Algoritmos genéticos cuánticos, variacionales y adiabáticos y sus aplicaciones

Quantum Information Science and Technology (QUINST)

Descripción del grupo:

La mecánica cuántica está en el corazón de nuestra tecnología y economía (el láser y el transistor son dispositivos cuánticos), pero su potencial completo está lejos de realizarse. Los recientes avances tecnológicos en óptica, nanociencia e ingeniería permiten a los experimentadores crear estructuras artificiales o someter sistemas microscópicos y mesoscópicos a nuevas condiciones manipulables en las que los fenómenos cuánticos juegan un papel fundamental.

Las tecnologías cuánticas explotan estos efectos con fines prácticos. La ciencia cuántica tiene como objetivo descubrir, estudiar y controlar los efectos cuánticos a un nivel fundamental. Estos son los dos lados de un círculo virtuoso: las nuevas tecnologías conducen al descubrimiento y estudio de nuevos fenómenos que conducirán a nuevas tecnologías.

Nuestro objetivo es controlar y comprender los fenómenos cuánticos en una intersección multidisciplinar de Información Cuántica, Óptica Cuántica y átomos fríos, Control Cuántico, Espintrónica, Metrología Cuántica, Interferometría Atómica, Qubits Superconductores y Circuito QED y Fundamentos de Mecánica Cuántica.

El equipo QUINST está compuesto por  Iñigo L. Egusquiza y Mikel Sanz (investigadores principales), Xi Chen, Gonzalo Muga, Enrique Rico y Liano Wu.

Descripción de la actividad:

Esta actividad se focaliza en las tareas necesarias para caracterizar y mejorar algoritmos y procesos cuánticos y buscar sus aplicaciones en procesos industriales, finanzas, logística, IA, química cuántica, entre otros. Consta de las siguientes tareas:

1. Desarrollo de herramientas matemáticas para el análisis de las propiedades de algoritmos cuánticos. En particular, se estudiará el uso de teoría de operadores para acotar errores en algoritmos cuánticos aproximados y de la teoría de canales cuánticos para analizar convergencia de algoritmos heurísticos, como algoritmos genéticos cuánticos.

2. Análisis de paradigmas alternativos de computación cuántica en procesadores NISQ frente a errores de control, de coherencia, cross-talk, etc. En este contexto, se estudiará el desarrollo de nuevos algoritmos cuánticos tipo Shor o Grover “autoprotegidos”, así como simulaciones y software de IA cuántica más resistentes a errores.

3. Optimización y aceleración de algoritmos tipo “adiabático” mediante técnicas de control cuántico o “atajos de adiabaticidad”, introduciendo métodos iterativos y adaptativos, que solamente utilizan el conocimiento de los Hamiltonianos inicial y final, y técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje de máquina para optimizar la rapidez y la robustez frente a errores.

4. Desarrollo de aplicaciones industriales y casos de uso de algoritmos cuánticos, particularmente en finanzas, logística, inteligencia artificial, y química cuántica, entre otros.

5. Aplicación de algoritmos cuánticos (libres de problemas de signo y otras dificultades de la computación clásica) a la simulación de modelos de interés en física nuclear y de alta energía. En concreto, problemas de muchos cuerpos fuertemente correlacionados con grados de libertad gauge dinámicos abelianos y no abelianos y aplicarlos al estudio de las teorías de gauge.

Resultados

Pranav, C.; Koushik, P.; Garcia-de-Andoin, M.; Ban, Y.; Sanz, M.; Chen, X.

Photonic counterdiabatic quantum optimization algorithm Artículo de revista

En: Communications Physics, no 315, 2024, ISBN: 2399-3650.

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Reichert, M.; Zhuang, Q.; Sanz, M.

Heisenberg-Limited Quantum Lidar for Joint Range and Velocity Estimation Artículo de revista

En: Physical Review Letters (PRL), vol. 133, iss. 13, 2024, ISBN: 0031-9005.

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Gonzalez-Raya, T.; Pirandola, S.; Sanz, M.

Satellite-based entanglement distribution and quantum teleportation with continuous variables Artículo de revista

En: Communications Physics, vol. 7, no 126, 2024, ISBN: 2399-3650.

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Gonzalez-Conde, J.; Watts, T. W.; Rodriguez-Grasa, P.; Sanz, M.

Efficient quantum amplitude encoding of polynomial functions Artículo de revista

En: Quantum, vol. 8, pp. 1297, 2024, ISBN: 2521-327X.

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Garcia-de-Andoin, M.; Saiz, A.; Perez-Fernandez, P.; Lamata, L.; Oregi, I.; Sanz, M.

Digital-analog quantum computation with arbitrary two-body Hamiltonians Artículo de revista

En: Physical Review Research, vol. 6, iss. 1, 2024, ISBN: 2643-1564.

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Xu, R.; Tang, J.; Chandarana, P.; Paul, K.; Xu, X.; Yung, M.; Chen, X.

Benchmarking hybrid digitized-counterdiabatic quantum optimization Artículo de revista

En: Physical Review Research, vol. 6, iss. 1, 2024, ISBN: 2643-1564.

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Ding, Y.; Chen, X.; Magdalena-Benedito, R.; Martín-Guerrero, J. D.

Closed-loop control of a noisy qubit with reinforcement learning Bachelor Thesis

2023, ISBN: 2632-2153.

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Ding, Y.; Gonzalez-Conde, J.; Lamata, L.; Martín-Guerrero, J. D.; Lizaso, E.; Mugel, S.; Chen, X.; Orús, R.; Solano, E.; Sanz, M.

Toward Prediction of Financial Crashes with a D-Wave Quantum Annealer Artículo de revista

En: Entropy, vol. 25, no 2, pp. 323, 2023, ISBN: 1099-4300.

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