高效率单光子量子存储

<正>量子存储是量子信息领域的关键技术之一,在量子通信和量子计算等方向均有重要应用[1].比如,量子中继是实现长程量子通信的重要方案,而量子存储器则是构成量子中继的基本元件之一.经典信息的基本单元是比特,只有0和1两种状态,而量子信息的基本单元是量子比特,可以处于量子叠加态.光子具有传输速度快、与环境耦合     

哈佛造出最强量子系统超谷歌

<正>据悉,哈佛大学研究团队在近日宣布,他们制造出迄今最强量子系统,其拥有51个量子比特,该系统能模拟一种化学反应,研究原子间相互作用。与传统计算机运用二进制(0和1)记录信息不同,量子计算机使用量子叠加态描述信息。但现有量子计算机只能在传统计算机上进行模拟,目前最高只能模拟42个     

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.     

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.     

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。     

基于原子-腔系统的非绝热和乐量子计算

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主要挑战之一是系统的控制误差.几何相具有仅依赖系统演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点,因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的和乐量子门具有完全的几何性质,并且不受绝热缓慢演化条件的限制,受到了人们的广泛关注.本文提出了利用原子-腔系统实现非绝热和乐量子计算的方案.以四能级原子的基态作为逻辑量子比特编码空间的基矢,在激光脉冲的操控下,通过公共腔模交换虚光子产生双原子基态和辅助状态之间的跃迁,实现了两比特非绝热和乐受控相位门,它与通过激光脉冲操控单原子实现的任意单比特非绝热和乐门一起组成了非绝热和乐量子计算的通用量子门.     

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。     

新型量子位问世

正澳大利亚新南威尔士大学的科学家最新开发出一种新的量子位,其量子叠加态稳定性比此前提高了10倍,有助于开发更可靠的硅基量子计算机。量子计算机的计算速度和计算能力有赖于量子系统对叠加在一起的多个量子进行同时处理的能力,它可以让量子计算机进行高效率的并行计算,并对诸如巨大数据库的搜索等问题具有强大的处理能力。该研     

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.     

量子计算赋能百业

一百年前,第一次量子技术革命开始兴起,几十年来促成了半导体、电子显微镜、激光、集成电路芯片等重大发明,推动信息技术时代的发展.当前,以量子计算为代表的新兴非冯?诺伊曼计算架构涌现,第二次量子技术革命正在进行,以变革性的方式实现信息编码、存储、传输和操纵,将催生可确保无条件安全的量子通信,计算能力随量子比特数呈指数增加的...     

量子计算机的雏型

1998年，物理学家把他们的注意力转向药品，以期制造出第一台量子计算机。标准的计算机是用0或1的形式来处理数据位。但在一种量子器件中情况却不同，它是用单粒子来存贮被称作“量子位”（“叫his”）的更复杂的多态、例如，一个带“上”旋或“下”旋的电子可以存贮0或1。然而，由于1个电子可以呈分裂状态存在，并能同时“上”旋和“下”旋，因此，一个量子位便能同时代表0和1。这种独特的性质使得一台量子计算机具有强大的功效，至少在理论上是如此。如果说一个普通的数字位串存贮一个单一的0、l序列，那末一个量子位串的多个共存的分支就…     

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.     

21世纪的互联网

比特的魅力人类已进入 2 1世纪 ,其中一个重要的特征是数字化正在渗透各个领域。在数字化世界里 ,没有电影、杂志和音乐 ,只有“1”和“0” ,但人们一直到1 946年前还没有给这一现象取个名。这一年 ,普林斯顿大学的统计学家约翰·图基将“二进位制”和“数字”这两个单词缩略成了一个术语 :“比特”。然而 ,在随后的 2 5年里 ,只有科技圈子内的少数专家对比特感兴趣。但如今比特对每个人都变得重要起来 ,因为我们可以用比特来代表任何东西 ,或完成任何服务。不久 ,科学家们将在一种“数字人”身上进行数字式的药物测试。今天 ,我们能够做一…     

量子概念的历史和前沿

<正>量子力学是当代文明的一个重要基础。现在很难找到与量子无关的新技术。20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就指出,量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。近年来,基于量子叠加的量子信息和量子计算得到很大发展。     

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.     

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。     

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。     

高维量子逻辑门及高维量子信息处理

量子计算与量子信息处理是涵盖了信息理论、计算机理论与量子力学的交叉学科,在信息、物理以及计算机等众多领域有着非常大的影响.量子特性在信息安全、信息容量以及计算速度的提高等方面都具有独特的优势.量子逻辑门是量子计算与量子信息处理中的一个关键模块,因此,如何构建一个合适的逻辑门也是现阶段热门的研究领域.此外,研究量子信息科学,纠缠光子对也是一个不可或缺的元素.目前有很多种产生纠缠光子对的理论和实验方案,例如参量下转换等方案.高维量子系统可以在很大程度上提高量子信道容量和信息存储空间,通过实现高维度量子逻辑门,能够提高量子计算与量子信息处理的速度.然而,直接由两个高维子系统相互作用构建高维逻辑门是很困难的.在这种情况下,即使要实现一个很小的高维逻辑电路,也会耗费大量二维逻辑门.本文主要介绍了利用纠缠光子对的偏振、频率和空间模式自由度实现的二维以及高维单自由度和多自由度的量子逻辑门方案,并探讨了这些方案在量子信息处理和量子计算等方面的应用以及发展趋势.     

超导量子电路材料

超导量子电路由超导的电容、电感、约瑟夫森结、传输线构成,在超低温下表现出宏观量子效应.由于超导体自身的耗散极低,超导量子电路的一个重要应用研究方向是具有长相干时间的超导量子比特.超导量子电路沿用了传统集成电路的微纳米制造工艺,包含多个超导量子比特的芯片也能进行规模化加工和封装.但是,在超导量子电路的结构设计、材料制备、芯片制造、工作环境等各个环节都会引入耗散通道,限制了超导量子比特的相干性.从微观机理上分析,这其中大部分通道都与量子电路材料及表界面相关,因此从材料和工艺出发,全方位探索高质量超导量子电路的制备是进一步推进其应用的必然趋势.     

未来计算机加密技术亟待革新——量子技术或变身密码“终结者”

<正>基于现有计算机无法打破在线发送敏感信息时使用的标准加密技术格式,不久前,密码译解者、物理学家和数学家在德国举行了计算机安全会议,意在探讨替代目前加密系统的抗量子计算工具的可能。根据量子理论,信息处理可通过粒子间的相互作用完成,即量子计算机可同时进行上百万次运算,而传统计算机只能逐条运算,运算速度比后者高出逾10万亿倍。这个潜在的功能