自发发射与量子计算机存储单元的相干脱散

量子计算机存储单元的相干脱散，破坏量子态中的信息，是量子计算机难以实现的主要原因之一．本文在Rzazewski的工作基础上，针对两能级原子构造的存储单元，研究自发发射对存储单元相干脱散的影响 关键词：     

Single Qubit and Its Universal Logic Gate Made of a Heisenberg Spin Cluster with Five Particles

We investigate an anisotropic Heisenberg spin cluster with five particles controlled by a time-dependent magnetic field. With the algebraic dynamical method, we obtain the exact analytical solution to the time dependent Schr6dinger equation. Based on the analytical solution, it is shown that the system can be used as a universal single qubit logic gate controlled by the strength and frequency of the magnetic field, and the six special single qubit logic gates can be realized physically. We also discuss the anti-decoherence property of the qubit and its logic gates resulted from particle coupling effect and collectivity of the cluster.     

原子磁芯片与量子回路

 在过去几年中,物理学家们研究出了多种可把原子云团冷却到温度低于1微开(μK)的技术。处于这些云团中的原子是如此之冷,以至于它们不能再被看作是遵守牛顿定律的经典粒子,而应被看作是由量子力学所描述的可传播、衍射和相互干涉的波。现在,人们已经可以把冷原子囚禁在横向尺寸只有100纳米的量子点内,也可使之在长的狭管中流动,就像电子在很细的导线中流动一样。人们开始注意到一种全新的技术的可能性,这一技术与微电子技术相类似,只是它基于受控冷原子流及原子之间的相互作用。这种被称为“原子芯片”的器件可以利用量子力学原理来完成非同寻常的测量或计算工作。     

量子算法简介

对量子算法作一个简单的介绍，并以Ｄｅｕｔｓｃｈ量子算法和ｓｈｏｒ量子算法为例介绍了得子算法的基本特性。     

中国科大在国际上率先实现量子分解算法

日前，中国科技大学教授潘建伟和他的同事杨涛、陆朝阳等，与英国牛津大学的研究人员合作，在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法，研究成果发表在近日出版的美国权威物理学期刊《物理评论快报》上，标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。     

美首次用微波让两个离子发生量子纠缠

 美国科学家首次用微波替代常用的激光束,让两个独立的离子(带电原子)发生量子纠缠,这表明,智能手机中采用的微型化商用微波技术可取代量子计算机要求的房间大小的“激光器阵列”,这将大大减小量子计算机的“块头”。最新研究发表在8 月11日出版的《自然》杂志上。
量子计算机主要利用量子物理学的“奇异”规则来解决某些问题,量子纠缠对量子计算机的信息传输和纠错至关重要。离子可作为量子位(量子计算机中的最小信息单位)来存储信息。尽管包括超导电路(人造原子)等在内的量子位的其他“候选者”也能被微波在芯片上操作,但实验表明,离子量子位的表现更好,因为当粒子数量增加时,对离子进行控制的精确度更高且信息损失更少。
量子纠缠是多个粒子联动的状态,到目前为止制出量子纠缠需要高功率激光等大型装置。而微波作为无线通信的载体,同复杂且昂贵的激光源相比,微波元件更容易扩展和升级,以便科学家制造出利用成千上万个离子进行量子计算和模拟的实用设备。
此前,科学家们已成功使用微波实现了对单个离子的操控。现在,美国的科研人员首次借用微波让单个镁离子的“自旋”发生旋转并让一对离子自旋发生了纠缠。参与研究的迪特里希·莱布弗里得称,这是一套常见的量子逻辑操作,旋转和纠缠可按顺序组合以执行量子力学许可的任何计算。
在实验中,两个离子被电磁场“扣住”并在一个由镀在氮化铝衬底上的金电极组成的离子陷阱芯片上盘旋。有些电极会被激活,在离子周围制造出频率介于1GHz 到2GHz 之间、振动的微波辐射脉冲,微波产生了让离子自旋发生旋转的磁场。离子自旋能被看作是指向不同方向的细小条形磁铁,这些磁铁的方向是一种量子属性,可用来表达信息。
使用微波减少了因激光束指向、能量以及被离子诱导的激光器自发发射的不稳定所导致的错误。然而,科学家们仍然需要改进微波操作才能使实际的量子计算或量子模拟成为可能。在实验中,76%的时间发生了量子纠缠,超过了定义量子属性发生所要求的50%这个最低值,但仍然无法与由激光器操作离子达到的最高值99.3%相抗衡。
莱布弗里得表示：“最终,一台中等大小的量子计算机或许看起来由一部智能手机与激光笔一样的设备结合在一起形成,复杂的量子计算机可能和普通台式机一样大。”
摘自中科院高能所《科研动态快报》2011-8     

基于单原子的量子计算机

介绍了量子计算机的最新发展状况。对实现量子计算机的各种实验方法作了简介和比较。特别是详细介绍了最近Ｋａｎｅ提出的一种方案，并提出了一种新的用扫描隧道显微镜实现基于单原子的量子计算机方案。     

量子计算机硬件设计取得进展

具有自旋角动量的粒子的行为就像微小的磁棒 ,可在外磁场作用下取向 .传统的电子器件如晶体管只应用了电子的电荷进行工作 .物理学家们相信 ,开发粒子如电子和原子核的自旋 ,可发展出高效率的“自旋电子学系统” .目前 ,斯梅特 (Ｓｍｅｔ)和他的同事们已将这种器件的研究向前推进了一步 .他们发现在砷化镓半导体中 ,电子和原子核的自旋可由门电压予以控制 .这就与传统的晶体管中门电极控制半导体中电子的流动类似 .该研究组先以强磁场将所有电子的自旋取向后 ,再将整个装置降温到 2 0ｍＫ .通过调整磁场与门电压 ,斯梅特和他的同事们发现他…     

量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.