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。     

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。     

量子信息技术纵览

量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就.本文主要对量子信息技术各个热点研究分支的发展进行了概括性的介绍,涉及到量子密码、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学、量子信息物理基础等各个领域.此外,也讨论了原子、分子和光物理、固体物理的各个分支(超导约瑟夫森结系统、半导体量子点自旋系统、金刚石氮-空穴色心系统)、离子阱、核磁共振系统等各种物理体系在量子信息技术中的应用和发展.通过对量子信息技术的研究和积累,人们调控微观世界的能力获得了显著的提高.量子密码技术已经接近实用化,长程量子通信的原理性验证也不存在原则上的障碍.量子模拟技术快速发展,已经接近经典计算机可以模拟的极限.同时,量子度量学也获得了快速的发展.本综述不仅反映了国际量子信息技术发展的状况,而且也提炼了近年来中国量子信息科学技术在国际上取得的成就.这些成就表明,中国已经成为量子信息世界版图中一股不可或缺的力量.     

t 比特半经典量子Fourier 变换

针对目前大维数量子寄存器生成的困难性, 研究了基于小维数量子寄存器实现大维数量子Fourier 变换的方法. 首先, 定义了t 比特半经典量子Fourier 变换, 从几率幅的角度证明该变换可以实现量子Fourier 变换, 且所需2 位量子门的规模显著降低, 并设计了该变换的量子实现线路. 然后基于t 比特半经典量子Fourier 变换, 将经典固定窗口法与Shor 算法实现方法相融合, 重新设计了Shor 整数分解量子算法的实现线路, 与Parker 等人的实现线路相比, 计算资源大体相同(所需的基本量子门均为相似文献   

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。     

量子密码通信原理及应用前景探究

文章主要介绍量子密码通信研究的历史,量子密钥生成和分发的基本原理以及相关的实验进展.首先介绍了经典密码学的基本原理及其保密方式,经典密码通信对更高安全性的追求,为量子密码通信的出现以及研究做了一个铺垫.根据量子力学中的海伯森不确定性原理,量子不可克隆原理,任何人都不可能窃听量子密码通信中的信息而不被发现.文章主要围绕BB84协议与B92协议,以及EPR佯谬的基本原理来展开讨论.在此基础之上介绍了当前世界范围内相应的实验研究及研究成果,并详细介绍了量子密码通信在国内的有关实验吸研究成果.最后展望了量子密码通信的发展前景和今后的发展方向.     

量子点的水相合成及其生物成像分析研究进展

半导体量子点具有宽的激发光谱、窄而对称的发射光谱、高的量子产率以及良好的光稳定性, 因而受到物理、化学、材料科学、生命科学等多个领域研究者的广泛关注. 与有机相合成法相比, 量子点的水相合成方法简单, 合成后不需要将量子点进行相转移, 是有机相合成的重要补充, 已经成为半导体量子点的重要合成方法之一. 本文介绍了量子点常用的一些水相合成方法, 如溶胶法、水热法、微波辅助法及微生物合成法. 在此基础上, 阐述了量子点在细胞成像分析及活体成像分析中的应用, 并对基于量子点的磁性荧光双功能纳米材料在成像分析中的应用及量子点生物毒理效应研究进行了简要的评述.     

三重DES的量子中间相遇搜索算法

融合量子计算原理和经典密码分析方法, 基于Grover量子搜索算法和中间相遇攻击思想, 给出了对三个密钥的三重DES攻击的量子中间相遇搜索算法, 该算法可以在O(56×2⁵⁶)步完成对三个密钥的三重DES的攻击, 所需存储复杂性为O(2⁵⁶), 与已有的攻击算法相比, 显著地降低了算法的计算复杂性.     

半导体量子点与谐振腔杂化系统的强耦合

量子比特的可扩展性是实现实用量子计算机的前提.利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现非局域量子比特间的长程耦合与信息交换,为固态量子计算提供了一种重要的大规模扩展方案.然而由于外界噪声大、耦合强度弱等各种因素限制,在前期实验中半导体量子比特一直未能实现与微波光子间的有效信息交换,亦即未能实现比特与光子间的强耦合.近年来,随着实验上半导体量子比特的性能优化及高阻抗微波谐振腔的应用,利用微波谐振腔耦合半导体量子比特取得一系列重要突破,电荷和自旋量子比特与腔的强耦合均已实现,量子比特间的耦合距离也得到极大扩展.本文围绕半导体量子点-微波谐振腔杂化系统,简要介绍实现量子比特与微波光子强耦合的原理、实验实现及进展.     

Shor整数分解量子算法的加速实现

基于半经典量子Fourier变换的实现方法,提出了整数k的3元二进制表示生成向量和生成函数概念,构造了生成函数的真值表,证明了由其逐比特生成的整数k的3元二进制表示向量是整数k的一种NAF表示,且表示中非0元个数的最大值为[(「logk■+1)2],并基于此重新设计了Shor算法的量子实现线路.与Parker的Shor算法量子实现线路相比,计算资源大体相同(所需的基本量子门数量均为O(「logN■3),所需的量子比特数量前者较后者多2量子比特),但实现速度提高了2倍.     

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。     

量子计算、量子优势与有噪中程量子时代

文章用通俗而准确的语言，简要介绍了有关量子计算的相关概念，包括量子比特、量子态、基矢态或基本量子态、量子测量、概率幅、幺正变换、量子态不可复制、量子计算、量子门、量子算法、退相干或量子噪声、量子纠错、有噪中程量子技术、量子优势等，并对有噪中程量子时代和量子优势研究的前景进行了展望。     

Shor整数分解量子算法的加速实现

基于半经典量子Fourier变换的实现方法, 提出了整数k的3元二进制表示生成向量和生成函数概念, 构造了生成函数的真值表, 证明了由其逐比特生成的整数k的3元二进制表示向量是整数k的一种NAF表示, 且表示中非0元个数的最大值为[([logk]+1)/2], 并基于此重新设计了Shor算法的量子实现线路. 与Parker的Shor算法量子实现线路相比, 计算资源大体相同(所需的基本量子门数量均为O([logN]³), 所需的量子比特数量前者较后者多2量子比特), 但实现速度提高了2倍.     

量子激光雷达测距与测速的研究进展

激光雷达以其优良的定向性和高分辨率,成为自动驾驶、测绘和遥感等领域的核心传感器,但是近年来传统激光雷达也面临探测灵敏度和分辨率限制等诸多挑战.本文以测距与测速性能为核心,从经典激光雷达的两类代表——脉冲激光雷达与频率调制连续波激光雷达出发,分别介绍了量子脉冲激光雷达与量子干涉式激光雷达的研究进展.通过对目前量子激光雷达研究成果的梳理,深入了解目前量子激光雷达的研究重点与难点,为未来量子激光雷达的发展提供帮助.     

借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望#br#

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。     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

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.     

量子密码通信原理及应用前景探究

文章主要介绍量子密码通信研究的历史,量子密钥生成和分发的基本原理以及相关的实验进展。首先介绍了经典密码学的基本原理及其保密方式,经典密码通信对更高安全性的追求,为量子密码通信的出现以及研究做了一个铺垫。根据量子力学中的海伯森不确定性原理,量子不可克隆原理,任何人都不可能窃听量子密码通信中的信息而不被发现。文章主要围绕BB84协议与B92协议,以及EPR佯谬的基本原理来展开讨论。在此基础之上介绍了当前世界范围内相应的实验研究及研究成果,并详细介绍了量子密码通信在国内的有关实验及研究成果。最后展望了量子密码通信的发展前景和今后的发展方向。     

非绝热和乐量子计算研究进展

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的两个主要挑战是克服系统的控制误差和环境噪声.几何相仅依赖于系统的演化路径而与演化速度等细节无关,因此基于几何相设计的量子门具有对控制误差的鲁棒性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的非绝热和乐(holonomic)门具有完全的几何性质并且不受绝热条件的限制,受到了人们的广泛关注.自2012年首次提出以来,非绝热和乐量子计算取得了很大的进展:人们逐步改进了非绝热和乐量子计算的设计理论,使得非绝热和乐门的设计不断优化;发展了抗退相干的非绝热和乐量子计算,使得量子门既能抵抗控制误差又能抵抗退相干;构建了基于各种具体物理系统的非绝热和乐量子计算方案,并且在实验上成功演示了非绝热和乐门.本文回顾了非绝热和乐量子计算的主要理论进展,并简要介绍了物理实现和实验工作.     

三方量子超密编码的核磁共振实验实现

报道了使用液相核磁共振(NMR)实验技术, 利用三个量子位实现三方量子超密编码的实验过程. 实验表明: 根据龙桂鲁等人和Crudka 等人提出的多方量子超密编码的方案, 三量子位的量子超密编码只需要传送两个量子位便可以完成传送三个经典位信息的任务. 因此, 量子超密编码具有比经典通信更强大的信息传递能力.