Project

Back to overview

Trustful certifications of quantum computers

Applicant Sangouard Nicolas
Number 175527
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Departement Physik Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Other disciplines of Physics
Start/End 01.09.2018 - 31.08.2019
Approved amount 132'700.00
Show all

Keywords (6)

quantum information; Bell tests; quantum computers; black-box certification; self-testing; quantum optics

Lay Summary (French)

Lead
Dans les années 60, un physicien Irlandais, John Bell, étudie un scénario dans lequel deux protagonistes reçoivent des particules et les mesurent. Il découvre que la statistique des résultats de mesure satisfait une inégalité dans le cas où les particules sont décrites classiquement, alors que des particules quantiques ne sont pas limitées par cette inégalité. Dans les années 90, il a été démontré que la violation de cette inégalité - l’inégalité de Bell - démontre l’intrication des particules mesurées et qu’elles peuvent, par conséquence, être utilisées pour sécuriser des communications, la garantie de sécurité reposant seulement sur le violation de l’inégalité de Bell.
Lay summary
Contenu et objectifs du travail de recherche

Notre objectif à long terme est de montrer comment la violation d’une inégalité de Bell peut être utilisée pour certifier le bon fonctionnement des ordinateurs quantiques. Ce type d’ordinateur est basé sur des portes logiques opérant sur des bits quantiques – des bits encodés dans des atomes uniques par exemple – et permet de réaliser des tâches qui sont inaccessibles aux ordinateurs classiques. Motivé par les premières réalisations de ces ordinateurs quantiques, nous souhaitons montrer comment la qualité des portes logiques quantiques peut être évaluée à partir de la seule connaissance de la violation d’une inégalité de Bell.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Notre projet s’inscrit dans un contexte international favorable. L’Union Europénne par exemple, lancera l’an prochain une initiative d’un milliard d’euros pour favoriser les technologies quantiques, comme les ordinateurs quantiques. Des multinationales comme Google ou Microsoft espèrent réaliser le premier ordinateur quantique avec une capacité de calcul supérieure au plus puissant des superordinateurs classiques d’ici la fin d’année.
Direct link to Lay Summary Last update: 02.10.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Noise-Resistant Device-Independent Certification of Bell State Measurements
Bancal Jean-Daniel, Sangouard Nicolas, Sekatski Pavel (2018), Noise-Resistant Device-Independent Certification of Bell State Measurements, in Physical Review Letters, 121(25), 250506-250506.
Certifying the Building Blocks of Quantum Computers from Bell’s Theorem
Sekatski Pavel, Bancal Jean-Daniel, Wagner Sebastian, Sangouard Nicolas (2018), Certifying the Building Blocks of Quantum Computers from Bell’s Theorem, in Physical Review Letters, 121(18), 180505-180505.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Weinfurter group, Munich, LMU Germany (Europe)
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
International Conference on Emerging Quantum Technologies Talk given at a conference invited talk 16.09.2019 Heifei, China Sekatski Pavel;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
179109 Certifying the quantum nature of complex systems from Bell's theorem 01.09.2018 SNSF Professorships

Abstract

In 1964, John Bell proposed an experimental test in which two black-boxes receiving classical inputs and producing classical outputs only, can certify that the correlations between the outputs cannot be explained by classical means. While these results are fundamentally appealing to test the limits of classical physics as a complete description of Nature, it has been realized in 1992 that Bell test can be used to certify that the state on which the black boxes operate is a well identified entangled state. As entanglement is at the core of secure communication, the use of a Bell test is nowadays seen as an appealing technique to certify the security of communication tools independently of the details and imperfections of the actual implementations.The aim of our project is to use this black box approach to lay the basis for a completely new class of certification methods for quantum computing technologies. Concretely, we will show how one can extend quantum process fidelity bounds to black-box scenarios. These bounds will then be used to certify the quality of arbitrary channels including generalized measurements and quantum gates with a partial knowledge of underlying systems. We will find out how to compose certification methods to certify sets of quantum gates constituting an arbitrary quantum circuit using Bell inequality violations only. We will explore, in particular, black-box certification methods in realistic cases where the sources and the measurement devices are noisy. As we work towards developing reliable certification methods for quantum computers, our results might allow us to prove that any pure quantum state can be self-tested.Recent experimental progress which has led to the first quantum computations make our project very timely. These experiments are moreover being accelerated by the EU commission which will launch a 1 billion euro flagship initiative for quantum technologies in 2018 and also by a race between ambitious companies to realize the first fully functioning quantum computer. Google, for example, hopes this year, or shortly after, to perform a computation that is beyond even the most powerful classical supercomputer and Microsoft aims to perform the first demonstration of topological quantum computing. On success, our project will show how one can certify present day and future quantum computers by demonstrating that they behave as instructed even when using imperfectly described systems.
-