超导量子比特的物理实现

量子信息和量子计算有可能给人类带来新的革命性发展．超导量子比特作为实现量子计算的方案之一,以其低耗散,大设计加工自由度,易规模化等优点而备受注目．文中对超导量子比特的基本原理及发展前景作了简要综述,并介绍了作者的研究进展．     

超导量子比特中的Landau-Zener-Stckelberg干涉

超导量子比特是人工固态量子系统,在低温和弱耗散条件下,具有量子化的能级结构.这些能级之间的间隔可以随外加偏置电磁场连续变化,不同能级在某些偏置场可能形成量子系统中所特有的免交叉.最近研究成果表明,利用这些免交叉,可以在固态量子比特中实现Landau-Zener-Stckelberg（LZS）干涉,为测量系统的能谱、表征系统与环境的耦合、实现量子逻辑门、产生量子纠缠等提供了一个便捷的新手段.     

超导电荷量子比特研究综述

随着量子计算机以及量子算法的提出,人们开始寻找可以实现量子计算机的真实物理体系。超导量子电路以其丰富的可设计性和优良的易集成性成为最有潜力实现量子计算机的人造量子体系。文章介绍了超导电荷量子比特的基本原理、超导电荷量子比特的耦合以及耗散和退相干问题,展望了超导电荷量子比特在量子计算和量子信息科学中的应用前景。     

基于腔场中氮空穴色心的几何量子计算（英文）

利用纯几何操作,提出腔场中的氮空穴色心作为量子比特实现几何量子计算的方案.在暗态子空间中,选取合适的闭合演化回路,可以构造出单比特和双比特控制相位门.因此,该文提出了一种很有前景的实现容错量子计算的方案.     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态（英文）

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案。利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案。在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上。在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制。此外,还讨论方案的实验可行性。     

量子环中量子比特的自由旋转品质因子

在量子环中电子与体纵光学声子强耦合的情况下,通过求解能量本征方程,得出了电子的第一激发态和基态的能量及其波函数.数值计算结果表明自由旋转品质因子随量子环内径(或外径)的增大而减小,且随电子-声子耦合强度的增大而增大.     

二项式光场与负二项式光场对超导量子比特读出电流的影响

研究了二项式态光场和负二项式态光场与耦合超导量子比特相互作用下的超导电流的时间演化规律.研究结果显示:在确定的二项式态或负二项式态光场中,耦合超导量子比特的初始量子态对穿过自身的超导电流的动力学行为几乎没有影响;但光场的量子态,尤其是光场参数对超导电流的动力学行为具有调控作用.因此,通过测量超导量子比特的输出电流,能够探测量子光场的统计性质.     

光纤耦合的腔量子电动力学系统中的分布式量子信息（英文）

光纤耦合的腔量子电动力学系统是一个完美的理论模型,可以实现决定性的量子信息过程.该文综述了最近在光纤耦合的腔量子电动力学系统中实现分布式量子信息处理的工作.讨论了如何在该系统中实现量子态传输、纠缠分配和量子逻辑门,并概述了多种不同的方案,如共振耦合、绝热操控、虚激发过程.最后,讨论了这个方向上的实验进展.     

利用连续参数的变分量子算法实现超导量子门

随着量子计算已步入中等噪声规模阶段,量子比特（Quantum Bits,qubits）的有效控制和量子操作的实现已成为重要的研究方向.目前,机器学习在许多领域都发挥着重要作用,因此,将机器学习与量子计算相结合,利用机器学习的方法解决量子计算的问题,寻找可行的量子操控方案.基于超导量子电路,利用连续参数的变分量子算法（ContinuousTime Variational Quantum Algorithm,CTVQA）对两个二能级超导量子比特系统的参数进行变分优化,得到控制非（Controlled-NOT,CNOT）门、控制相位（Controlled-Phase,CZ）门和量子傅立叶变换（Quantum Fourier Transform,QFT）三种量子操作的参数调控方案.然后,通过引入噪声的方式对三个参数调控方案进行鲁棒性分析.结果表明,CTVQA在实现量子操控方面具有较好的通用性,能够为实验提供参数方案.同时,CTVQA得到的参数方案在保真度和鲁棒性方面表现较好.     

利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出（英文）

提出了一种基于量子非破坏性测量协议利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出的方案.在该协议中,超导磁通量子比特与电子自旋相互作用一段时间,然后通过对其测量来间接得到电子的信息.由于该测量对电子自旋的态是非破坏性的,因此可以利用该超导磁通量子比特对电子自旋进行反复的读出,从而达到一个较高的读出精度.     

用微波-超导量子比特系统实现一位通用量子逻辑门

该文研究了二能级射频超导量子干涉仪量子比特与经典微波脉冲的相互作用.研究结果表明,当微波场的角频率接近于系统二能级|0〉|1〉跃迁频率时,即ω1-ω0≈ωm,可以得到一位通用量子逻辑门.通过调节控制微波场的角频率ωm,幅度Vm和脉冲作用时间t,可以得到不同的一位量子逻辑门.     

热腔条件下实现Deutsch-Jozsa算法的简单方案

基于热腔场与双原子相互作用系统,提出一种简单的Deutsch-Jozsa算法的实现方案.通过外加经典场可以消除腔场光子数的依赖,整个过程不需要在真空状态中保留热腔.此外,该方案中也不需要原子和腔场的大失谐,可以大大缩减操作时间.通过精确的数值计算,证明方案具有较高的保真度.     

细胞骨架微管中一种可能的量子计算

微管是细胞骨架中的重要组成部分和功能组件,其中充满了液体水．该文基于腔量子电动力学描述了微管中水的电偶极子与电磁辐射场的相互作用,并论述了基于量子力学原理的量子计算,探讨了微管实现量子计算的一种可能机理．     

相干脉冲下磁通量子比特的几何量子计算

首先计算了旋转磁场下自旋1/2粒子的绝热几何相位。用微波电流脉冲控制量子比特,导致量子比特里产生振荡的磁场。这个效应可以通过一个扰动的哈密顿量增加到总哈密顿量里,对哈密顿量进行旋转变换,得到磁通量子比特哈密顿变化的总效果类似于一个自旋1/2粒子在旋转磁场中的行为,进而计算出相干脉冲下磁通量子比特的几何相位,给定参数得到单比特量子逻辑门。最后简述了基于几何相位设计两比特受控非门。     

Efficient Scheme for Optimizing Quantum Fourier Circuits

In quantum circuits, importing of additional qubits can reduce the operation time and prevent decoherence induced by the environment. However, excessive qubits may make the quantum system vulnerable. This paper describes how to relax existing qubits without additional qubits to significantly reduce the operation time of the quantum Fourier circuit compared to a circuit without optimization. The results indicate that this scheme makes full use of the qubits relaxation. The concepts can be applied to improve similar quantum circuits and guide the physical implementations of quantum algorithms or devices.     

量子神经计算

量子计算与神经计算的结合是当前人工神经网络理论发展的一个前沿课题 ,由此而产生的量子神经计算新范式具有很高的理论价值和应用潜力。文章在介绍量子计算基本原理的基础上 ,讨论了将它引入神经计算领域的可能性和可行性 ,从理论上分析了量子神经计算所具有的性能 ,并给出量子神经计算模型的几种可能形式。