2024-03-112024-03-11https://hdl.handle.net/11420/46314In den letzten Jahren ist das Forschungsfeld Quantentechnologie erheblich gewachsen. Quantensimulatoren haben sich als eine der experimentell fortschrittlichsten Plattformen erwiesen. Dabei handelt es sich um Geräte, mit denen hochkomplexe Quantensysteme simuliert werden können. Dies ist ein Bereich, in dem Europa derzeit einen deutlichen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Standorten besitzt. Unter Physikern besteht ein wachsender Konsens darüber, dass Quantensimulatoren bereits einen so genannten Quantenvorteil erzielt haben. Diese Ergebnisse wurden jedoch wesentlich weniger beachtet und geprüft als ähnliche Behauptungen, die für digitale Quantencomputer aufgestellt wurden. TouQan zielt darauf ab, die Lücke in unserem Verständnis der potenziellen Quantenvorteile von Quantensimulatoren zu schließen. Hierzu wollen wir eine "Katz-und-Maus"-Untersuchung durchführen, bei der jedes der Ziele darauf abzielt, das Potential der anderen genauer auszuloten. Erstens werden wir unser Wissen über die Rechenleistung von Simulatoren aus einer mathematisch rigorosen Perspektive erweitern und Wege finden, sie zu charakterisieren, einschließlich der Auswirkungen von unerwünschtem Rauschverhalten in der Hardware. Zweitens werden wir untersuchen, unter welchen Bedingungen klassische Computer Quantensimulatoren effektiv simulieren können, um einzugrenzen, wann sie keine signifikanten Vorteile bieten. Auf diese Weise werden wir ein klareres Verständnis davon herausarbeiten, was diese Geräte rechentechnisch leisten können. Dadurch wird sich eine breitere Forschungsgemeinschaft für Quantensimulatoren gewinnen lassen und die Position Europas in diesem Sektor gestärkt. Der interdisziplinäre Charakter dieses Projekts erfordert den Einsatz und die Entwicklung fortschrittlicher Werkzeuge an der Schnittstelle von Informatik, Physik und mathematischer Physik. Unser Konsortium besteht aus fünf ehrgeizigen Nachwuchswissenschaftlern mit sehr gutem Track Record, die in verschiedenen europäischen Ländern ansässig forschen. Diese gemeinsame Initiative wird eine verstärkte Zusammenarbeit zwischen den europäischen Ländern zu einem hochaktuellen Thema ins Leben rufen, die Entwicklung von Quantensimulatoren wird vorangetrieben und unser Verständnis ihrer Rechenleistung vertieft. Insbesondere wird die brennende Frage geklärt, wie Quantensimulatoren den mit viel Einsatz gesuchten Quantenvorteil bieten können.In recent years, the field of quantum technologies has experienced significant growth. During this expansion, quantum simulators have emerged as one of the most experimentally advanced platforms. These are devices that can simulate highly complex quantum systems, and are an area in which Europe currently holds a competitive advantage. There is a growing consensus among physicists that quantum simulators have achieved a so-called quantum advantage. However, these results have received considerably less attention and scrutiny than similar claims made for digital quantum computers. TouQan aims to bridge the gap in our understanding of potential quantum advantages in quantum simulators. We do this by engaging in a “cat-and-mouse” investigation, in which each of the objectives aims to narrow down the scope of the others. Firstly, we will advance our knowledge of the computational power of simulators from a mathematically rigorous perspective and will find ways of characterizing it, including the impact of hardware noise. Secondly, we will examine under which conditions classical computers can effectively simulate quantum simulators to narrow down when they do not offer significant advantages. By doing so, a clearer picture of what these devices can achieve will emerge, attracting a wider community of researchers to quantum simulators, and strengthening Europe's position in the sector. The interdisciplinary nature of this project will require the use and development of advanced tools at the intersection of computer science, physics, and mathematical physics. Our consortium comprises five ambitious early-career researchers with solid track records and based in various European countries. This collaborative effort will foster increased cooperation among European nations on a timely topic, ultimately bolstering the development of quantum simulators and enhancing our understanding of their computational power, and in particular of how they offer the widely-sought quantum advantage.