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。     

未来的量子计算机

回顾了量子计算机的理论研究概况,介绍了量子计算机基本原理和量子电路的研制情况,并拽出量子计算机实现的条件以及目前存在的困难,最后是展望量子计算机的前景。     

量子纠错与经典纠错的比较

量子计算机利用其量子位态特有的相干叠加和纠缠性,使得在某些问题的处理上优于经典计算机,同时也导致量子计算过程中的出错图样不同于经典计算。讨论了二者的区别,在此基础上详细介绍了量子计算机中开发的量子纠错方案。     

基于绝热量子演化的量子状态转换方法

量子算法成功的标志体现为实现了正确的量子状态转换,这一过程主要通过适当的量子算符来实现。然而,事实证明寻找合适的量子算符是非常困难的。之前大多数研究主要采用机器学习的方法解决这一问题,这些算法与以酉量子操作为特征的量子电路模型有较大差距,也难以分析其在量子计算机上的实现。提出利用绝热量子演化实现量子状态的转换,与标准量子计算模型相比,量子状态的转换更加直接,也不用考虑算符的酉性,因此是在量子计算及量子通信中值得借鉴的量子状态转化方法。     

量子计算机的物理实现

本首先着重讨论量子逻辑门的物理实现,包括单量子位旋转,幺正变换,以及Hadamard变换,以实现单量子位向相干叠加态和纠缠态的转变。接着对量子超距传输,量子计算,光子传声,量子网络以及量子计算机的研制等方面的研究近况作了简要介绍。     

量子计算及其应用

讨论量子计算机模型及其物理实现方案，量子计算过程，量子计算模型和量子并行算法，分析量子计算的指数级存储容量和指数加速特征，并简述量子计算和量子信息技术在保留通信、密码系统、数据库搜索等重要领域的应用。     

大数据与量子计算

大数据技术的迅猛发展对计算效率提出了更高的要求.由于量子系统的独特性质,量子计算具有经典计算不具有的量子超并行计算能力,能够对某些重要的经典算法进行加速.人们发现,除了大数分解算法,量子计算的更多用途是对量子体系的仿真计算和在数据分析领域的应用.近年来,大数据和量子计算开始融合.虽然实际使用的量子计算机尚未建成,量子计算在大数据的应用在理论上已经取得了一些重要的进展.实验上也有了一些发展.本文首先介绍量子计算的基本原理和Grover量子算法.随后以量子机器学习作为切入点,介绍了量子计算在数据挖掘领域的应用.     

信息科学的未来——量子计算机

阐述了量子计算机产生的背景及目前发展状况,分析了量子计算机的基本原理及量子平行计算在信息处理上的优势.     

关于量子算法理论

本文讨论在量子计算机上进行量子计算的方法。重点讨论Shor的量子因子分解方法。经典的大数因子分解对所有的现行计算机而言是难解的。现在通用的公共加密系统正是利用这一困难作为加密的基础。但是，在量子计算机上进行的Shor量子算法，使大数因子分解不再是难解的而是有效的，因而可能对现在通用的公共加密系统形成挑战。本文介绍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分立福里叶变换使这种量子算法对因子分解是有效的。     

量子计算机原理

本以与经典计算机对照的方法，介绍量子图灵机、量子位、量子寄存器、量子逻辑门、量子并行计算和量子编码，从量子计算机的物理和工作原理阐明量子计算机的优越性。     

基于量子测量的量子计算模型综述

基于测量的单向量子计算是重要的通用量子计算模型,可以模拟一般量子计算任务。单向量子计算基于量子簇态作为计算资源,利用每个量子位的局部量子测量和经典通信执行一般量子计算。单向量子计算是与量子线路模型等价的量子计算模型。近年来,研究者们对单向量子计算的量子资源、纠缠度量、局部操作简化,以及量子通信等给出一系列研究成果,并基于光学平台开展了一些量子模拟实验。量子簇态与单向量子计算为一般量子计算提供非常好的量子任务处理方式,受到研究者们的广泛关注。该文主要总结基于测量的单向量子计算模型,包括重要的量子资源态、局部信息处理方式,以及与单向量子计算相关的研究;该文对单向量子计算存在的问题和前沿研究方法进行展望,为研究者提供借鉴。     

Realization of Kraus operators and POVM measurements using a duality quantum computer

In this paper, we discuss the ability of realizing Kraus operators and POVM measurements in a duality quantum computer. We prove that not all the Kraus operators can be realized in a duality quantum computer. We introduce a new type of duality quantum circuit, multiduality circuit, by repeating the previous version of duality quantum circuit as a unit, and we can realize universal Kraus operators and POVM measurements with this new circuit. We also give a measure of the complexity of the Kraus operations in terms of the minimum number the units required to realize the Kraus operations in multiduality circuit.     

利用离子阱制备与测量量子态

介绍了利用离子阱制备与测量量子态,实现量子计算机系统的基本工作原理,讨论离子阱量子计算机的优缺点,及面临的挑战.     

八粒子量子态对彩色图像的存储方案

经典彩色图像的存储方法存在着数据量很大且很费内存等缺点,针对这些缺点,提出了一种在量子比特阵列中采用八粒子量子态存储彩色图像的方法,借助于量子态的巨大存储能力,通过采用量子并行计算特性的Grover量子搜索算法,起到平方根加速的理想效果.在图像存储和图像重构的过程中,对量子比特阵列进行搜索找到相应的彩色图像,证明所采用的方法有很好的效果.     

An Efficient Framework to Utilize Grover Search

This paper proposes an efficient framework to utilize quantum search practically.To the best of our knowledge,this is the first paper to show a concrete usage of quantum search in general programming.In our framework,we can utilize a quantum computer as a coprocessor to speed-up some parts of a program that runs on a classical computer.To do so,we propose several new ideas and techniques,such as a practical method to design a large quantum circuits for search problems and an efficient quantum comparator.     

量子纠缠控制的核磁共振实验演示

量子纠缠在量子信息领域中有着极重要的应用,是当前人们研究的热门课题之一[1-2].量子纠缠控制是一种量子相干控制,即系统的量子力学进程在我们的控制之下,并使之产生期望的结果[3-4].我们在一个3量子位的核磁共振量子计算机实现了2个方面量子纠缠控制:纠缠互换与存储.我们使用赝纯态作为系统的初始状态.通过赝纯态,系统的微观性质可用宏观信号表述出来.     

绝热量子计算

着重从物理学和计算机科学角度阐述和分析绝热量子计算:首先介绍绝热量子计算的基本原理及其计算能力,然后通过绝热量子计算与传统量子计算的性质和物理实现方式的对比阐述前者的某些优势,在此基础上介绍绝热量子算法,最后探讨了绝热量子计算的前景及发展趋势。     

量子信息技术

量子特性在信息领域有着独特的功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面有望突破现有经典信息系统的极限。量子信息科学正是由量子力学与信息科学相结合的一门学科。近年来量子信息在理论、实验和应用领域都取得重要突破。量子通信在一定程度上已经实现了商业应用并具有广阔的市场应用前景;量子计算机具有目前的计算机从原理上所不可能具有的无与伦比的威力,但目前尚未真正意义上的量子处理器的技术实现,基于量子光学和固态体系的量子处理器的研究大有可为。     

Q2Chemistry: A quantum computation platform for quantum chemistry

Quantum computers provide new opportunities for quantum chemistry. In this article,we present a versatile, extensible, and efficient software package, named Q2Chemistry, for developing quantum algorithms and quantum inspired classical algorithms in the field of quantum chemistry. In Q2Chemistry, the wave function and Hamiltonian can be conveniently mapped into the qubit space, then quantum circuits can be generated corresponding to a specific quantum algorithm already implemented in the package or newly developed by the users. The generated circuits can be dispatched to either a physical quantum computer, if available, or to the internal virtual quantum computer realized by simulating quantum circuits on classical computers. As demonstrated by our benchmark simulations, Q2Chemistry achieves excellent performance in simulating medium scale quantum circuits using the matrix product state algorithm. Applications of Q2Chemistry to simulate molecules and periodic systems are given with performance analysis.