Ising耦合体系中量子傅里叶变换的优化

量子傅里叶变换是量子计算中一种重要的量子逻辑门. 任意量子位的傅里叶变换可以分解为一系列普适的单比特量子逻辑门和两比特量子逻辑门, 这种分解方式使得傅里叶变换的实验实现简单直观, 但所用的实验时间显然不是最短的. 本文利用优化控制和数值计算方法对Ising耦合体系中多量子位傅里叶变换的实验时间进行优化, 优化后的实现方法明显短于传统方法. 优化方法的核磁共振实验实现验证了其有效性.     

量子信息讲座读讲 第一讲 量子计算中的因子分解

因子分解对所有的现行计算机而言是难解的。这是现在通用的公共加密系统的基础。文章介绍了在量子计算机上的进行的Shor量子算法,即利用量子态的相干叠加和纠缠特性以及量子逻辑门实现量子计算的方法;并着重从理论原理和实验实现忱两方面说明利用余因子函数和离散傅里叶变换使这种量子算法对因子分解是有效的。     

量子信息讲座续讲 第一讲 量子计算中的因子分解

因子分解对所有的现行计算机而言是难解的 .这是现在通用的公共加密系统的基础 .文章介绍了在量子计算机上进行的Shor量子算法 ,即利用量子态的相干叠加和纠缠特性以及量子逻辑门实现量子计算的方法 ;并着重从理论原理和实验实现这两方面说明利用余因子函数和离散傅里叶变换使这种量子算法对因子分解是有效的 .     

清华物理系量子信息研究的新进展

在清华大学物理系成立60周年之际,我们对近年来清华大学物理系量子信息研究的主要进展情况作一介绍,包括量子搜索算法研究,核磁共振量子计算的实验研究,量子通讯的理论与实验研究.在量子搜索算法研究方面,我们提出了量子搜索算法的相位匹配,纠正了当时的一种错误观点,并且提出了一种成功率为100%的量子搜索算法,改进了Grover算法;在核磁共振量子计算实验方面,我们实现了2到7个量子比特的多种量子算法的实验演示;在量子通讯方面,我们提出了分布式传输的量子通讯的思想,应用于量子密钥分配、量子秘密共享、量子直接安全通讯等方面,构造了多个量子通讯的理论方案.在实验室,我们实现了2米距离的空间量子密码通讯的演示实验.     

多量子比特核磁共振体系的实验操控技术

随着量子信息与量子计算科学的发展,量子信息处理器被广泛地用于量子计算、量子模拟、量子度量等方面的研究.为了能在实验上实现这些日益复杂的方案,将量子计算机的潜能转化成现实,需要不断提高可操控的量子体系比特位数,实现更复杂的量子操控.核磁共振自旋体系作为一个优秀的量子实验测试平台,提供了丰富而又精密的量子操控手段.近几年来在此平台上进行了不少的多量子比特实验,发展并积累了一系列的多量子比特实验技术.本文首先阐述了核磁共振体系多量子比特实验中的实验困难,然后结合7量子比特标记赝纯态制备以及其他有关实验,对多比特实验过程中应用到的实验技术进行介绍.最后对核磁共振体系多量子比特实验技术方向的进一步研究进行了总结和展望.     

基于量子系综的准自旋波激发的量子存贮研究

如何利用实际的物理系统存贮光子的量子信息，是当前量子计算和量子通信研究的核心问题之一，近几年来，人们从理论和实验两个方面探讨了利用自由原子系综作为量子记忆体的可能性，最近，基于固定于格点上A型“原子”系综的准自旋波激发的研究，我们提出了实现光子信息量子存贮的新方案，这个方案的目标是为了克眼自由原子系综量子存贮方案中存在的量子态漏损诱导退相干的致命问题，在研究过程中，作者发现了系综型量子记忆体中隐藏动力学的对称性和其绝热暗态演化的选择定则，为了使读者能确切地了解这个工作的意义，文章除了报道这个发表在Physical Review Letters(2003，91：147903)的研究工作外，还扼要地介绍这个方案建立的前期关于原子系综对称集体激发的系列工作。     

通过四比特 态实现任意量子态的量子隐形传态方案

提出了一个将四比特|χ〉态作为量子通道实现任意单量子比特和两量子比特的量子态的隐形传送方案.该方案依赖于两个通信站点之间的纠缠.在这个方案里,我们给出了Alice的测量结果以及Bob进行的相应的幺正操作,计算结果表明,该隐形传送方案是完美的,也就是说它的成功概率可达到1.此外,该方案中用到的测量以及纠缠通道的制备在目前的技术下是完全可行的.因此,我们的方案有望在实验上实现.     

量子计算与量子模拟

量子计算和量子模拟在过去的几年里发展迅速,今后涉及多量子比特的量子计算和量子模拟将是一个发展的重点.本文回顾了该领域的主要进展,包括量子多体模拟、量子计算、量子计算模拟器、量子计算云平台、量子软件等内容,其中量子多体模拟又涵盖量子多体动力学、时间晶体及多体局域化、量子统计和量子化学等的模拟.这些研究方向的回顾是基于对现阶段量子计算和量子模拟研究特点的考虑,即量子比特数处于中等规模而量子操控精度还不具有大规模逻辑门实现的能力,研究处于基础科研和实用化的过渡阶段,因此综述的内容主要还是希望管窥今后的发展.     

等腰直角三角形的二维量子谱和经典轨道

本文研究了等腰直角三角形中基于其波函数和能级结构的二维量子谱．虽然这个量子台球系统的本征态是无法分离的,但是关于两个变量的问题是完全可解的．通过对二维量子系统的波函数做相应的傅里叶变换,得到了系统的二维量子谱,把得到的结果和经典的二维量子台球轨道做相应性的对比发现：傅里叶变换的量子谱的峰值位置和经典轨道的长度之间存在着很好的对应关系,这说明经典计算的结果和量子计算的结果符合得非常好,从而进一步验证了周期轨道理论的正确性．     

超导量子计算系统中的容错技术

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统为例,首先介绍了四种实现容错错误症状测量的思路;以此为基础,讨论了实现容错量子计算的三个关键阶段以及各阶段所面临的挑战,包括超越盈亏平衡点、达到容错阈值和实现完备逻辑门操作。为了实现这些目标,将按照连通性从低到高归纳三种可能的拓展系统规模的方案。此外,还总结了实验上纠错技术的进展以及对连通性的探索,最后讨论当前关键的研究问题。