非绝热和乐量子计算新进展

量子计算是基于量子力学规律调控量子信息单元进行计算的一种新型计算模型.众所周知,对噪声不敏感的高保真度量子逻辑门是实现大规模量子计算的关键.几何量子计算是利用几何相位来实现量子逻辑门操作的量子计算策略,其特点是利用几何相位的整体性质避免某些局域噪声对量子操作的影响,从而实现高保真度的量子逻辑门.因此,基于几何相位的量子操控是量子信息处理领域中非常重要的研究课题.该文以基于非阿贝尔几何相位的和乐量子计算为例,介绍非绝热和乐量子计算方案的新进展.     

基于BDD的Grover算法仿真

为了解决仿真量子计算过程中复杂性随量子比特数的增加呈指数级递增的问题,采用二项决策图(BDD)表示矩阵算子仿真Grover提出的量子搜索算法.BDD利用矩阵算子在量子计算过程中呈现出的结构化特性,可以高效地压缩存储空间并实现在压缩数据结构上直接进行矩阵的各种运算.利用改进的BDD实现了仿真过程需要的各种矩阵运算,用C++编写的程序对Grover算法的实例进行仿真,最后从多个角度对违反直观的实验结果进行了分析,阐述了量子算法的内在并行性.     

量子纠缠和量子操作

对量子纠缠和量子操作作了介绍, 考察了两比特量子纠缠态和量子操作的应用及它们之间的关系. 具体包括: 用非最大纠缠纯态来实现任意量子态的确定性远程制备; 用纠缠态来实现用于分布式量子计算的非定域门操作; 讨论了量子操作的纠缠能力; 讨论了两量子比特门的构造. 这些结果有助于理解量子纠缠和量子操作这些量子信息处理中的资源.     

量子纠缠和量子操作

对量子纠缠和量子操作作了介绍, 考察了两比特量子纠缠态和量子操作的应用及它们之间的关系. 具体包括: 用非最大纠缠纯态来实现任意量子态的确定性远程制备; 用纠缠态来实现用于分布式量子计算的非定域门操作; 讨论了量子操作的纠缠能力; 讨论了两量子比特门的构造. 这些结果有助于理解量子纠缠和量子操作这些量子信息处理中的资源.     

量子计算原理及研究进展

 量子计算机是量子力学与计算问题相结合的产物,是近几年的研究热点,引起了广泛的社会关注。本文回顾量子计算机的发展,介绍了量子算法和量子计算模型,并以离子阱和超导线路为例阐述了量子计算机的物理实现,然后介绍了为了克服消相干而发展出的量子编码,以玻色取样为例讨论了量子霸权。展望未来,近期内可以展示量子霸权,进而实现解决特定问题的量子模拟器,但是普适的量子计算机的研制仍然需要很长的时间。     

量子与非门和量子或非门的理论实现

为了实现量子与非门和量子或非门,从而完善量子计算中的量子逻辑功能,提出二人零和单硬币量子博弈模型的理论方案,利用对量子硬币的不同量子操控从而分别实现量子与非和量子或非逻辑功能.研究结果表明,当两输入端信息相同时,可将量子与非门或者量子或非门视作两个独立的量子硬币,且实现这两种量子逻辑功能的量子操作相同;若两输入端信息不...     

基于金刚石体系的固态量子计算

量子计算科学是近年来物理学领域最活跃的研究前沿之一,其开拓了与经典方式具有本质区别的全新的信息处理模式.量子计算研究的根本目标是建造基于量子力学基本原理的量子信息处理技术,能在许多复杂计算问题上大大超越经典计算性能的新型计算模式.量子计算需要一个良好的量子体系作为载体.基于自旋的量子体系由于其实用的可操作性,成为量子计算载体的优秀候选.自旋的所有量子性质表现在自旋的叠加态、自旋之间的纠缠和对自旋的量子测量上.基于系综的量子计算演示实验已经被多次实现,但是系综体系在可扩展性上有其原理上的缺陷.要实现可扩展的大规模室温固态量子信息处理和量子计算的突破,实现单量子态的寻址和读出是一个最重要的前提.在已经提出的单自旋固态量子计算载体中,比较突出的一类是基于金刚石中的氮-空位色心单电子自旋体系.金刚石中的氮-空位色心单电子自旋量子态可以在室温下初始化、操控与读出,成为室温量子计算机载体的优良候选者.我们首先回顾金刚石氮-空位色心单电子自旋体系作为量子计算机载体的重要进展;然后讨论了该体系在纳米尺度灵敏探测和成像方面的重要应用;最后,描述了此领域的前景.     

基于固态自旋体系的高保真度量子逻辑门的实验研究

量子计算利用量子力学的原理,能够有效处理很多经典计算难以解决的问题,比如大数因子分解.在实现量子信息处理和控制的过程中量子系统总是会受到退相干的影响,这种退相干是由量子系统与外界环境的相互作用造成的.因此实现可以抑制退相干的高保真度量子逻辑门在量子计算研究中具有重要意义.本文首先介绍了实现量子计算对物理系统的要求,然后基于金刚石NV色心体系,讨论实现了动力学纠错门、高保真度的普适量子逻辑门以及时间最优的普适量子逻辑门的几个实验工作,最后给出总结.     

混沌量子免疫算法

利用混沌搜索的遍历性和量子计算的高效性,提出一种用于连续空间优化的混沌量子免疫算法。用量子位编码初始群体,用量子旋转门实现个体更新。在量子旋转门中引入两种幅值不同的混沌变量改变转角的大小,小幅值混沌变量用于优良个体的克隆扩增,实现局部搜索;大幅值混沌变量用于较差个体的突变,实现全局优化。证明了算法的收敛性。实验表明,该算法能显著改善免疫优化算法的搜索能力和效率。     

在同核系统上实现一个不需制备有效纯态的量子算法

论文以溶于重水的胞嘧啶中的两个氢的核自旋作为量子比特，直接从热平衡态开始进行Arvind算法，得到了预期结果；在同核系统中实验实现了Arvind算法，谱图中线形扭曲和误差主要是由于频偏效应和选择脉冲的不完美，了解和发展在同核系统中实现核磁共振量子计算的技术, 有助于我们实现实现需要侈个比特的量子计算，更好的理解量子计算。     

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。     

量子计算和量子信息习题及其解答（第二版）

量子信息和量子计算是近年来发展最快，也是最吸引人的物理学和信息科学的交叉研究领域。利用量子力学纠缠态的非局域特性，实现排序、查找、编码和整数因子分解等传统计算机难于实现的算法，量子计算和量子信息表现了强大的计算能力和异常的信息加工传输能力。人们对该领域进行研究的最终目标是想制造出量子计算机，     

面向分布式量子网络的匿名盲量子计算协议

量子网络安全旨在研究分布式量子网络中通信和计算的安全性.本文研究了量子计算任务中的两个安全问题,即隐私性和匿名性.为此,本文提出了一种新的单服务器多用户匿名盲量子计算协议,利用在服务器和用户之间生成的匿名纠缠作为量子资源用于实现盲量子计算任务.匿名性、盲性和安全性分析表明所提出的协议在实现盲量子计算的同时保证了用户身份的保密.和现有的盲量子计算协议相比,本协议为盲量子计算增加额外的安全保障,也为其他匿名量子密码协议的设计提供了新思路.     

Grover算法量子处理架构的设计与模拟

针对混合架构经典-量子算法的量子算法处理单元,设计基于Grover算法的量子处理架构.将一种用于量子计算仿真的量子程序设计语言引入Grover量子搜索算法中,并在Linux操作系统中进行执行与模拟.结果表明:所提架构可以提高量子搜索算法的执行性能;利用反馈调节可以有效地实现量子搜索算法的最佳性能.     

量子线路的级联运算

量子线路的级联运算是将量子线路分成逻辑单元并用矩阵相乘实现对输入态的一系列幺正变换的运算.通过研究量子线路的矩阵计算以及量子编码,利用矩阵的张量积形式,分析量子线路中量子门的矩阵表示及相关的逻辑运算规则,推导出量子线路的逻辑运算规则,并在此基础上,提出量子线路的级联运算规则,用实例验证了其规则的正确性,该理论对量子计算机的布尔逻辑运算具有重要的参考意义,可以实现任意量子线路的程序化逻辑运算.     

基于量子计算加速的DDC算法

考虑到量子计算具有超强的并行计算能力,拟引入量子计算以降低局部密度和delta距离度量的聚类算法(DDC)计算复杂度。DDC算法的局部密度求解过程是计数算法,提出利用量子计数算法加速局部密度的求解;delta距离是最小值查找的过程,提出利用最小值查找量子算法加速delta距离的求解。研究结果表明:利用量子计算对DDC聚类算法进行加速,能够使算法的执行效率获得显著提升。     

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。     

任意两粒子量子纠缠态的概率传送

提出了一种利用非最大纠缠EPR态和GHZ态作为量子通道概率传送任意两粒子量子纠缠态的方案,收到发送者告知的贝尔态测量结果后,接收者不需要引入一个辅助粒子,而只是先做控制非变换,然后对他所拥有的粒子做形式唯～的联合幺正变换,再做一个简单的相对幺正变换调整符号,就可以概率实现量子纠缠态的隐形传送,通过数值计算,我们还得出了传态成功的概率。最后利用基本量子门电路,构建了简单易行的量子逻辑电路实现任意两粒子量子纠缠态的概率传送．     

安徽科技大事记(2020年第四季度)

十月 6日 中国科大教授获美国物理学会量子计算奖.美国物理学会公布,授予中国科学技术大学陆朝阳教授2021年度"兰道尔—本内特量子计算奖",表彰他在光学量子信息科学,特别是在固态量子光源、量子隐形传态和光量子计算方面的重要贡献.美国物理学会成立于1899年,是世界最大的非营利性物理学组织.美国物理学会在2015年专门新设立了"兰道尔—本内特量子计算奖",用于表彰在量子信息科学领域,特别是在利用量子效应实现经典方法无法完成的任务方面作出杰出贡献的科学家.     

利用量子计算网络实现量子远距传态

利用处于纠缠的一对粒子，作为量子位传态通道，实现远程量子传态，并构造出量子计算网络。