量子信息、量子通信和量子计算释疑

目前,量子通信和量子计算是国际上的研究热点,它们都属于量子信息科学。对于这个领域,存在不少困惑和不解。在本文中,笔者对若干问题作一些解释。     

电介质材料和物理专题编者按

正电介质材料有许多独特的物理性质,如介电、压电、热释电、铁电、电光、非线性光学及其耦合特性等,在传感、换能、探测、医疗、通信、国防等众多领域具有广泛的应用价值.相关的物理研究主要涉及介电材料内部束缚电荷在电、磁、光、力、热等外场作用下的极化过程和与极化相关的各种物理现象;通过设计材料的成分与结构等,揭示诸多性能的调控规律和微观机制,在此基础上开发高性能电子器件.     

量子算法与量子计算实验

从量子体系的基本特性出发 ,介绍了量子计算的基本概念和物理背景 ,系统阐述了几种主要的量子算法以及量子计算在实验方面的发展现状。对比经典计算机 ,讨论了量子计算机的优越性、实现量子计算的困难和以期克服的途径。     

量子算法与量子计算实验

从量子体系的基本特性出发,介绍了量子计算的基本概念和物理背景,系统阐述了几种主要的最子算法以及量子计算在实验方面的发展现状。 对比经典计算机,讨论了量子计算机的优越性、实现量子计算的困难和以期克服的途径。     

量子计算算法介绍

量子计算机利用量子力学原理进行计算,具有量子并行计算的优势,能够超越经典计算1990年中期,量子算法取得突破,舒尔(Shor)构造了大数质因子的量子算法,葛洛沃(Grover)构造了无序数据库的量子搜索算法,引起了人们对量子计算的重视,极大地推动了量子计算的研究.文章简单介绍了几个典型的量子算法以及量子算法研究的一些新进展.     

量子系统保结构计算新进展

本文主要介绍量子系统保结构计算最新进展情况,分以下几部分内容:哈密顿系统的辛算法、适合于量子系统的哈密顿量显含时间的辛算法、A2B模型分子和双原子分子系统的经典轨迹辛算法计算、双原子分子CO在激光场中的经典轨迹的辛算法计算及其振动和解离、定态Schr dinger方程的辛形式及求解定态Schr dinger方程本征值问题的辛 打靶法、含时Schr dinger方程的保结构算法及其在激光原子物理中的应用、伪分立态模型、强激光与原子相互作用的渐近边界条件、"非齐线性正则方程"的辛算法及其在计算强激光场中一维原子的多光子电离和高次谐波发射中的应用以及Heisenberg方程的保结构计算等等。     

量子系统保结构计算新进展

本文主要介绍量子系统保结构计算最新进展情况,分以下几部分内容:哈密顿系统的辛算法、适合于量子系统的哈密顿量显含时间的辛算法、A2B模型分子和双原子分子系统的经典轨迹辛算法计算、双原子分子CO在激光场中的经典轨迹的辛算法计算及其振动和解离、定态Schr dinger方程的辛形式及求解定态Schr dinger方程本征值问题的辛 打靶法、含时Schr dinger方程的保结构算法及其在激光原子物理中的应用、伪分立态模型、强激光与原子相互作用的渐近边界条件、"非齐线性正则方程"的辛算法及其在计算强激光场中一维原子的多光子电离和高次谐波发射中的应用以及Heisenberg方程的保结构计算等等。     

统计物理和复杂系统专题编者按

从20世纪中叶至今,复杂系统研究迅速发展,成为了引人注目并具有广泛应用的新领域.复杂系统要么具有结构的复杂性,要么具有演化的复杂性,在多数情况下二者兼具.不同于传统物理学通常处理的规则介质,许多复杂系统具有复杂结构,近年来受到极大关注的复杂网络结构就是其中最典型的代表.同时复杂系统也可表现为演化行为的多样性和复杂性.即便系统结构并不复杂,系统中的非线性相互作用可能产生复杂的演化行为,包括:形形色色的不稳定性;丰富的斑图动力学;各种各样的自组织、涌现及进化行为等等.物理学从一开始就深深进入了复杂系统研究领域,其中统计物理无疑是研究和理解复杂系统最主要的工具.     

几何量子计算和拓扑量子计算——整体性量子现象的新应用

本文概述介绍量子计算的最新进展:几何量子计算和拓扑量子计算,是初步入门的引论性质。作者从量子力学的整体性现象这一观点出发,阐述作为整体现象的量子力学几何相位(亚贝尔和非亚贝尔几何相位),量子体系的拓扑不变性质等的新应用,为先前一本著作[1]所阐述观点的新发展的补充。     

几何量子计算和拓扑量子计算——整体性量子现象的新应用

本文概述介绍量子计算的最新进展:几何量子计算和拓扑量子计算,是初步入门的引论性质.作者从量子力学的整体性现象这一观点出发,阐述作为整体现象的量子力学几何相位(亚贝尔和非亚贝尔几何相位),量子体系的拓扑不变性质等的新应用,为先前一本著作[1]所阐述观点的新发展的补充.     

“原子制造:基础研究与前沿探索”专题编者按

制造技术的不断迭代发展带来了器件性能的飞跃,也推动着人类技术的进步.伴随着器件特征尺寸的不断缩小,制造技术先后经历了宏观制造、介观制造、微观制造和纳米制造等多个阶段,当前最具代表性的半导体工艺,已经从微米尺度走到最前沿的3 nm左右,并进一步向更小的尺度迈进.因此,制造技术进入到原子尺度已不再是遥不可及的梦想,而成为现在科技界研究前沿的现实对象.     

量子计算的进展和展望

该文主要介绍了量子计算机研究的历史和现状.强调发展大规模的量子计算和实现强关联多体系统的量子模拟,是当前量子计算研究的主流.文章主体部分主要介绍了量子计算机硬件研究方面的进展,主要聚焦于几个具有qubit可集成性的量子系统:量子点系统、超导约瑟夫森结系统、离于阱系统、腔量子电动力学系统,作为实现量子计算机的最主要的候选系统,上述方向的研究吸引了国际上研究量子计算的最主要的力量.我们调研了在这些系统中,在qubit表征,操控方面最具代表性的进展,以及在实现大规模量子计算道路上的困难,和可能的解决办法.     

量子计算的进展和展望

该文主要介绍了量子计算机研究的历史和现状。强调发展大规模的量子计算和实现强关联多体系统的量子模拟,是当前量子计算研究的主流。文章主体部分主要介绍了量子计算机硬件研究方面的进展,主要聚焦于几个具有qubit可集成性的量子系统:量子点系统、超导约瑟夫森结系统、离子阱系统、腔量子电动力学系统,作为实现量子计算机的最主要的候选系统,上述方向的研究吸引了国际上研究量子计算的最主要的力量。我们调研了在这些系统中,在qubit表征、操控方面最具代表性的进展,以及在实现大规模量子计算道路上的困难,和可能的解决办法。     

通用量子计算机和容错量子计算——概念、现状和展望

量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解 RSA密码。没有量子纠错,我们很难实现密码破解规模的量子计算。因此,量子计算技术的一大挑战是如何实现有量子纠错保护的量子计算,也就是容错量子计算。通过介绍现有的实验技术,将发现目前已经可以在实验中实现错误率低于容错阈值的量子门,但容错量子计算离实际应用还有距离。主要的困难在于,量子容错需要数量巨大的低错误率的量子比特,超出了现有技术能达到的水平,需要进一步的发展。有噪声中等规模量子计算有可能在近期内成为现实,目前仍有一些理论和技术方面的瓶颈问题需要深入研究。在看到量子计算技术巨大潜在价值和长足进步的同时,有必要了解有哪些亟需解决的问题,直面关键、攻坚克难。     

科学、科普和科幻的关系——从《量子计算和量子信息》谈起

量子信息和量子计算是21世纪最热门的一个研究领域,吸引了公众的很多注意,出版了科学论文和著作,科普文章和新闻,甚至还有很多科幻小说和类似于科幻的报道。这里我想借用2000年出版的一本著名的教科书《量子计算和量子信息》,谈谈科学、科普和科幻的关系。简单地说,科学文章的读者是科技工作者,讲究的是严谨负责,科普文章的读者是普通民众,需要吸引他们的注意力,这就必然要对一些细节进行取舍,不合适的舍弃就有可能使得科学变成了科幻,甚至是玄幻。     

科学、科普和科幻的关系——从《量子计算和量子信息》谈起

 量子信息和量子计算是21世纪最热门的一个研究领域,吸引了公众的很多注意,出版了科学论文和著作,科普文章和新闻,甚至还有很多科幻小说和类似于科幻的报道。这里我想借用2000年出版的一本著名的教科书《量子计算和量子信息》,谈谈科学、科普和科幻的关系。简单地说,科学文章的读者是科技工作者,讲究的是严谨负责,科普文章的读者是普通民众,需要吸引他们的注意力,这就必然要对一些细节进行取舍,不合适的舍弃就有可能使得科学变成了科幻,甚至是玄幻。     

GPS伪随机码的软件和硬件仿真实现

摘要：目前四大全球卫星导航定位系统中,美国的GPS是发展最早也是应用面最广的系统,GPS提供民用的标准定位服务和军规的精确定位服务。为研究GPS卫星导航电文的产生机理和针对GPS的导航对抗技术,本文在详细介绍GPS伪随机码的基本原理和C/A码生成电路的基础上,通过MATLAB和FPGA分别对C/A码进行了软件和硬件仿真实现。基于MATLAB的软件仿真采用循环程序实现了m序列和C/A码,基于FPGA的硬件仿真首先构建一个D触发器元件,然后利用该元件通过并行指令实现m序列,最终生成C/A码。两种方法虽然采用不同的思路和技术,但是得到了一致的C/A码信号样式。伪随机码的产生是GPS实现扩频通信的重要环节,通过对GPS伪随机码的仿真实现,有助于对GPS卫星信号的捕获研究和针对GPS的欺骗式干扰研究。     

量子计算加速的解法器算法及应用综述

量子计算作为一种基于量子力学原理的全新计算模型,具有强大的并行性和潜在的颠覆性影响力,为解决复杂问题提供了新的思路。本文的主要目标是对量子计算在大规模科学与工程计算领域中数值计算问题的解法器算法和应用进行综述。重点介绍量子计算在线性方程组、特征值问题、微分方程、哈密顿量与图计算、量子机器学习、量子解法器平台以及实际数值模拟等领域的具体应用。针对不同的数值计算问题,详细讨论当前主流的量子计算算法,并总结近年来国内外相关算法的研究进展。最后,对量子计算在数值计算求解相关研究方向的未来发展趋势进行展望。     

双池算法软件在对准偏差计算中的应用

提出了一种高精度的对准偏差算法－双池算法。根据这种算法，将暗场对准系统中扫描采集的光电对准信号，通过求出整个扫描曲线的对称点以代替传统的极值点或阈值点，使重复对准精度达０．１１μｍ（３σ）。文中对双池算法的原理、特点及数学表达式进行了详细的论述，并给出了实验结果。     

边界能流密度、量子基础均衡和量子耗散均衡

为建立非线性非平衡态量子力学,本文探讨建立量子开放系统边界交流均衡分析基础。一 方面,以在量子体系和它的环境之间交换的、与Wigner分布密切相关的质能流密度和质能流的广延量构成量子边界交流空间,并以边界质能流密度为核心而形成量子系统边界均衡交流分析力学;另一方面,以在量子体系和它的环境之间交换的、与Wigner分布密切相关的熵流密度和质能流的广延量构成量子边界熵流空间,并以边界熵流密度为核心而形成量子系统边界均衡交流分析力学。本文还确定量子系统的基础约束条件,对于能量结构提出效应最大化,以确立量子耗散均衡法则;初步分析对外交换基础和类完备能量流密度变化对量子系统的必要能量的影响。