借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望

量子力学自建立以来,被期待为未来技术进步的基石。目前,量子计算、量子信息处理、量子通信和量子测量等基于量子力学发展起来的技术备受关注。人们力图将理论的成果转化为应用,从而实现"第二次量子革命"。其中,量子计算机因其并行计算能力被证明一旦达到一定规模,其计算能力将远超传统计算机,甚至对目前广泛使用的传统加密算法产生威胁,也必将对社会各个领域产生深远的影响。文章从科普的角度介绍了量子计算的背景及原理,并基于发展现状对未来作了展望,最后探讨了量子计算与人工智能领域结合的可能性。     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算，以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力，为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题，同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应，为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境，而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展，基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破，成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理，以令读者了解整个技术脉络为目标，尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后，还简要讨论了超导量子计算发展的未来，并指出其中部分关键技术难点。     

量子计算机的0到N

众所周知，量子计算机在处理某些特定问题时的速度将快于传统计算机。由于各国争相布局量子计算，它将成为世界科技发展的新高地。作为新一代信息技术，具有颠覆性质的“它”能够给人类带来多少魅力？近年来，国内外针对量子计算的研究风起云涌，如今的量子计算又发展到了什么阶段?文章作为引玉之砖，对量子计算从底层研究跨越到技术路线的发展以及未来的产业动向作初步的探讨。     

让光子在空间起舞:星地量子通信的原理与应用

正量子通信是一种以量子为信息载体,并利用其特性来实现信息传递的全新通信方式。它具有绝对保密和高效率等优点,近年来已迅速成为国际信息科学的研究热点,中国也正在该领域悄然崛起。随着当今世界信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,而以量子效应为基础的量子通信,则正在逐步成为引领未来科技发展的重要领域,即将开启一次新的技术革命。量子通信是一种利用量子力学基本原理、量子系统特有属性以及量子测量方法来实现信息传递的通信技术。目前     

量子计算行业教育的发展

2020年，欧洲战略咨询委员会的量子旗舰计划成员正式向欧盟委员会提交了战略研究议程，提倡全欧推广覆盖高中教育、大学教育和产业工人培训的量子教育项目。国内外类似的量子教育措施正不断涌现，给中国量子教育的发展提供了一定的参考。文章主要对量子计算、量子教育行业的发展、量子教学工具的现状等内容进行了综述性梳理，试图探寻目前量子计算行业教育发展的困境，以期为推进中国量子计算教育寻找思路。     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算,以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力,为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题,同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应,为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境,而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展,基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破,成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理,以令读者了解整个技术脉络为目标,尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后,还简要讨论了超导量子计算发展的未来,并指出其中部分关键技术难点。     

量子计算与人工智能

文章探讨了量子计算在人工智能中的一些潜在应用，并回顾量子理论与人工智能之间的相互作用。通过介绍一些著名而简单的量子算法，让读者了解量子计算的能力。此外，文章对量子计算做了一个简单的概述，使读者对量子计算有一个全貌的认识。对于AI研究人员来说，此文将会是一座更加深入地探索AI与量子计算以及量子理论之间联系的桥梁。     

量子测量及其进展

本文阐述了量子测量的本质 ,测量对微观粒子的影响 ,以及测量假说在量子力学中的地位 ,强调了量子退相干是量子测量引起量子纠缠的必然结果 .文章还为路径实验的干涉条纹消失找到了主因 ,也为量子退相干可能是一个渐进演化过程以及测量并不一定破坏量子相干性提供了证据 .　　文章讨论了量子测量与量子力学基本问题的关系 ,并认为解决这些问题依然是任重而道远的 .     

量子云计算理论与应用简述

经典计算机在处理大规模数据集或是高强度计算的时候,受硬件工艺与算法原理限制存在性能瓶颈。为了解决此类问题,人们构想出了用量子计算机通过量子力学的微观性质进行计算。近年来实验技术上的突破使得一些科技公司推出了面向公众的量子计算机,以更深刻地理解量子算法并解决一些实际问题。文章介绍了量子云计算的基本原理和发展现状,并给出了量子云计算应用的成功案例,希望以此引起人们对此领域的关注。     

揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态

以光子的偏振态为例,对量子力学、量子态、量子密码、量子纠缠和量子隐形传态作简要通俗而又力求准确的介绍。首先通过与经典物理的对比,引进量子力学的基本思想和量子态的基本涵义;接着介绍量子密码的BB84量子密钥分配方案;然后介绍量子纠缠,强调它不违反相对论。在此基础上,介绍了量子隐形传态,强调了经典通信在这个过程中的必不可少。     

分子振转动量子计算及分子振转动纠缠

随着对于量子计算(机)的深入研究, 人们相继提出了不同量子计算的模型. 近年来, 基于分子振-转激发态的量子计算模型受到了研究者的广泛关注. 研究发现, 基于分子振动和转动模式的量子计算模型可以很方便地实现多量子比特计算, 并且可以获得足够长的退相干时间. 同时, 分子振转动量子计算的数值模拟也发现各种形式的量子逻辑门均可以获得很高的计算保真度. 分子振转动模式之间的纠缠是分子振转动量子计算的一个重要资源, 因此, 分子振转动纠缠动力学的研究也引起了人们的兴趣. 对于分子振转动量子纠缠动力学的研究能够为分子振转动量子计算的进一步研究和应用提供参考. 本文对分子振转动量子计算和分子振动纠缠的研究进展做了简要综述.     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

量子人工智能：量子计算和人工智能相遇恰逢其时

量子人工智能，是由量子计算和人工智能交叉发展起来的新兴学科和技术。过去几十年来，量子计算和人工智能技术各自经历了起起落落、螺旋上升的发展历程，而现在正逐渐落地，有望给人类的技术革新、生产和生活带来颠覆性改变。我们正迎来二者深度交叉的最好时机，一个量子人工智能研究的最好时代！     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

数.测量.复连续：兼论刘绍光一元数理论的基本假设

自然数、分数、负数、无理数和虚数都可以而且应该定义为测量的结果。“实数是连续的”这一命题从来没有被证明（它是一条公设或公理），“复数是连续的”是其合乎过辑的发展──在“复数体”之内，目前已知的所有运算都能够施行。刘绍光的“一元数理论化过“直接在实空间中进行实虚权衡”的方法解决了有一部分复连续空间中的物理量（即虚空间中的物理量）在目前还不能够测量的问题，使得理论物理学在爱因斯坦和量子力学之后获得重大进展。