Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

The project aims to develop quantum algorithms for simulating open quantum system (OQS) dynamics beyond limitations of existing approaches. Repeated-interaction (RI) protocols provide a framework for implementing OQS using quantum circuits, but existing implementations are limited to basic Lindblad-type dynamics which cannot describe realistic chemical and physical environments. The project addresses this gap by extending RI methods to capture more physical regimes: Coupled population-coherences Redfield dynamics, environmental memory effects, and strong system-bath coupling. Activities include developing generalized RI mappings that capture non‑Lindblad dynamics and incorporate memory effects, translating these mappings into quantum circuits with accompanying resource estimates, and validating the resulting algorithms through classical benchmarking and demonstrations on small‑scale quantum hardware.

Le projet vise à développer des algorithmes quantiques pour simuler la dynamique des systèmes quantiques ouverts (OQS) au-delà des limites des approches existantes. Les protocoles d’interactions répétées (RI) fournissent un cadre pour implémenter les OQS à l’aide de circuits quantiques, mais les implémentations actuelles se limitent à une dynamique de base de type Lindblad, incapable de décrire des environnements chimiques et physiques réalistes. Le projet comble cette lacune en étendant les méthodes RI afin de capturer des régimes physiques plus complexes : la dynamique de Redfield couplant populations et cohérences, les effets de mémoire environnementale, ainsi que le couplage fort système-bain. Les activités comprennent le développement de correspondances RI généralisées qui capturent les dynamiques non-Lindbladiennes et intègrent les effets de mémoire, la traduction de ces correspondances en circuits quantiques assortie d’estimations de ressources, ainsi que la validation des algorithmes résultants par l’analyse comparative classique et des démonstrations sur du matériel quantique à petite échelle.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.