iQUTE (Virtuálny výskumný inštitút pre kvantové technológie)

iQUTE sú vedecko-výskumné aktivity Národného centra pre kvantové technológie QUTE.sk.

Cieľ: Vytvorenie virtuálneho inštitútu kvantových technológií iQUTE, ktorý bude združovať jednotlivé výskumné tímy a zaručovať udržateľnosť excelentného výskumu.

Vedecké skupiny:
Výskumné ciele:

  1. Teória kvantových informačných štruktúr.
    Výskum v oblasti kvantovo-informatických štruktúr definuje základný teoretický rámec pre kvantové technológie, t.j. vytvára koncepty a metódy, ktoré nám umožňujú kvantové technológie vôbec definovať, určiť základné teoretické ako aj praktické ohraničenia ich funkcionality, a nakoniec aj certifikovať ich implementácie.

  2. Implementácie kvantových bitov.
    Ukazuje sa, že sľubnými kandidátmi na kvantové bity sú hybridné systémy na báze supravodičov alebo polovodičov. Našim zámerom je podieľať sa na výskume teoretických modelov pre “kvantové bodky” v kremíku a molekulárnych nanomagnetov, ktoré majú pre kvantové počítanie dve veľmi dôležité vlastnosti:
    • molekulárnym inžinierstvom je možné ich vlastnosti pripraviť na mieru, pričom zostávajú takmer nezmenené aj pri ich umiestnení na substrát (podložku);
    • vzhľadom na silnejšiu interakciu medzi elektrónovými spinmi môže byť operačný čas kvantových hradiel (rádovo nanosekundy) podstatne kratší ako doba “života” takýchto kvantových bitov (rádovo mikrosekundy).

  3. Kvantové simulácie a výpočtová zložitosť.
    Vývoj špičkových simulačných metód pre veľké kvantovomechanické systémy a ich aplikácia vo fyzike tuhých látok a v kvantovej chémii. Kvantové simulácie sú oblasťou, kde sa očakáva najväčšie uplatnenie stredne veľkých a mierne zašumených kvantových čipov vyvinutých v blízkej budúcnosti. Tento zámer zahŕňa návrh nových algoritmov pre štúdium vlastností kvantových fáz (topologické usporiadania), na analýzu hyperbolických geometrií priestoročasu (kvantová teória gravitácie), na fraktálne štruktúry a mnohorozmerné kvantové stavy častíc. Keďže simulácie sú vo svojej podstate náročné, druhým cieľom tohto zámeru je porozumenie výpočtovej zložitosti simulačných a optimalizačných úloh, ktoré sa objavujú v priemyselných aplikáciách (návrhy rozloženia tranzistorov na čipe, rozpoznávanie obrazov) ale aj vo fyzike tuhých látok (hľadanie stavov s najnižšou energiou, porozumenie koreláciám). Výsledkom bude nielen základný výskum na hranici teoretickej informatiky a kvantovej fyziky, ale aj praktické, efektívnejšie optimalizačné algoritmy, ktoré naplno využijú dostupné kvantové zdroje (previazanie, superpozícia, tunelovanie).

  4. Kvantové a postkvantové komunikačné siete.
    Kvantová komunikačná infraštruktúra je najmä výskumnou infraštruktúrou. Jej vybudovanie a optimalizácia sú predmetom nielen inžinierstva, ale aj experimentálneho a teoretického výskumu. V rámci tohoto zámeru sa budeme venovať experimentálnemu testovaniu rôznych alternatív a prístupov, novým protokolom pre implementačne bezpečnú kvantovú komunikáciu, bezpečnú distribúciu kryptografických kľúčov (previazaných kvantových stavov) a vývoju efektívnej a bezpodmienečne bezpečnej post-kvantovej (asymetrickej) kryptografie. Zaujímavá bude aj otázka bezpečnej kombinácie štandardnej symetrickej a post-kvantovej asymetrickej kryptografie s kvantovou distribúciou kľúčov a používania kombinovaných protokolov.

img alt

Inštitút iQUTE pokrýva výskumné aktivity zainteresovaných partnerov, ale vykonáva aj expertnú a popularizačnú činnosť. Výskum iQUTE je zameraný na základný výskum kvalitatívne nových kvantovo-informatických štruktúr, certifikáciu a optimalizáciu kvantových technológií, vývoj efektívnych algoritmov na simulácie kvantových systémov, analýzu výpočtovej zložitosti fyzikálnych systémov, návrhy bezpečných komunikačných protokolov. Kľúčové strategické ciele platformy iQUTE sú zamerané na teoretické modelovanie a experimentálny vývoj kvantového hardvéru v supravodičových a polovodičových systémoch, na realizáciu kvantových detektorov, kvantovej pamäte a kvantového “repeatera” pre potreby globálnej kvantovej siete (kvantový internet).