Projekt

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Classical and Quantum Simulation of Quantum Many Body Systems

Titel Englisch Classical and Quantum Simulation of Quantum Many Body Systems
Gesuchsteller/in Troyer Matthias
Nummer 159411
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Theoretische Physik
Beginn/Ende 01.04.2015 - 31.03.2018
Bewilligter Betrag 676'412.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Theoretische Physik
Andere Gebiete der Physik

Keywords (8)

condensed matter physics; quantum annealing; quantum algorithms; density matrix renormalization group; quantum Monte Carlo; simulations of quantum systems; computational physics; statistical physics

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Mit Fortschritten in der Entwicklung von Quantenhardware zur Lösung von rechnerischen Problemen wird es interessant sich damit herauszustellen was man mit Quantenrechnern machen kann. Dies wollen wir in diesem Projekt erforschen.
Lay summary

In diesem Projekt beschäftigen wir uns mit der Lösung von quantenmechanischen Problemen sowohl auf klassischen Computern als auch auf zukünftigen Quantencomputern. Auf klassischen Computern entwickeln wir neue effiziente Simulationsalgorithmen für Quantensysteme. Indem man "unscharf" aus der Ferne hinsieht kann man zunächst schnell eine gute Näherung finden die sich danach verbessern lässt.

 In der Zukunft werden wir Quantensystems und klassischen Rechnungen vermehrt auf Quantenhardware machen. Dazu haben wir zwei Projekte. In einem ersten erforschen wir das Potential von Quantenoptimierern und insbesondere wie man einen besseren Quantenoptimierter als die Geräte der kanadischen Firma D-Wave herstellen könnte. Daneben versuchen wir die Frage zu beantworten welche Probleme wir mit einem zukünftigen Quantencomputer lösen könnten.


Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 27.03.2015

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Prof. A.J. Millis, Columbia University Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Daniel Lidar, University of Southern California Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. M. Sigrist, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- Publikation
Prof. Nicola Spaldin, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Microsoft Station Q, Microsoft Corporation Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Profs. N. Prokof'ev andf B. Svistunov, University of Massachusetts Amherst Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Prof. Thierry Giamarchi, Univ. de Geneve Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Prof. Nicola Marzari, EPFL Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Prof. John Martinis, Google and UCSB Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation

Anwendungsorientierte Outputs

Software

Name Jahr
Project! 2016

Start-ups

Name Jahr
Mindi 2015

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
140224 Simulation of Correlated Quantum Many Body Systems 01.04.2012 Projektförderung (Abt. I-III)
141828 NCCR MARVEL: Materials’ Revolution: Computational Design and Discovery of Novel Materials (phase I) 01.05.2014 Nationale Forschungsschwerpunkte (NFS)

Abstract

This project is about simulations of quantum many body systems, both on classical and quantum hardware, covering three different aspects: the development of improved algorithms for the simulation of strongly correlated quantum many body problems, the exploration of the potential of quantum annealing to solve hard optimization problems, and the development of new quantum algorithms for strongly correlated quantum problems. On the first topic we will develop a new multi-grid version of the density matrix renormalization group algorithm that will substantially improve convergence properties especially in weakly doped systems. Combined with a new high performance massively parallel implementation of DMRG, we will apply this algorithm to simulations of the Hubbard model on wide ladders.The second topic concerns quantum annealing, which uses quantum devices, or simulations of them (in a classical method called simulated quantum annealing) to solve hard combinatorial optimization problems. This area of research has recently gained widespread controversial attention through the devices of the Canadian company D-Wave Systems. Based on our experiences with these devices we see a need to revisit prior results on the advantages of quantum annealing, systematically explore the powers of quantum annealing, and estimate the potentials of this technology for solving real-world application problems.Finally, we will address the question of how a future quantum computer may be used to solve interesting and important problems, especially in the area of strongly correlated materials. While already Feynman has argued that a quantum computer can efficiently simulate quantum models, we have recently seen that even on quantum computers, despite polynomial scaling the brute-force simulation of molecules or materials is still infeasible. New algorithms and hybrid classical/quantum approaches to address this need will be developed in this project.
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