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。     

量子计算机

本文介绍了量子计算机的研究背景及其现状,其中详述了它的基本组成部分、量子逻辑门的工作机理,以及量子计算机通过并行理论将经典的O(exp(N))问题化成O(N~c)问题来解决的过程.另外,本文还综述了量子计算机目前面临的诸如去相干等若干问题以及科学家们为此正在做的工作.     

速度惊人的量子计算机

提到量子计算机,首先要对量子有一个粗浅了解。原来微观世界的某些物理量不能连续变化,只能取其分立值,而相邻两个分立值之差专业上就称其为该物理量的一个量子。对于原子、电子等微观运动而言,牛顿力学已不再适用,必须代之以从量子概念发展起来的量子力学。量子力学已被列为当今物理学     

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.     

待到2050年,物理学会统一吗？

欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）和别处的实验或许已使我们完成了粒子物理的标准模型,但一切作用力的统一理论可能需要一些完全新颖的观念。 物理学研究的一个主要目标就是：了解自然界如何以一种统一的方式发生奇妙的变化。过去一些最伟大的成就已向着这个目标步步靠近：伊萨克·牛顿于十七世纪统一了地面物体的力学和天体力学;詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于十九世纪统一了光学和电磁理论;阿尔伯特·爱因斯坦于１９０５～１９１６年统一了时空几何和引力理论;化学和原子物理亦因量子力学于二十年代诞生而统一起来。 爱因斯坦花费其生命的…     

未来最高级的计算工具:量子计算机

<正>计算机性能的改进始终赶不上人类不断增长的信息处理需求。当今人类社会进步与经济发展向计算机提出了几乎是无止境的需求,而且随着计算机的出现,以及因特网的普及更刺激了这个需求。我们知道,1950年在计算机普及之前,世界范围内信息量的增长速度是每150年     

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。     

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。     

环形光晶格中的单原子阵列囚禁及旋转控制

利用激光囚禁和操控的单个中性原子和原子阵列,是量子仿真和量子计算的理想候选量子体系,是当前量子调控研究的难点和热点问题.中国科学院武汉物理与数学所波谱与原子分子物理国家重点实验室詹明生和王谨研究组     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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!     

量子力学的光辉八十年(二)

量子物理学的不断扩展 量子力学发端于原子物理,很快地延伸、被用于物理学各分支领域,既导致核物理、粒子物理应运而生,又促使固体物理以至凝聚态物理、激光物理以及非线性光学突兀崛起。八十年来,量子物理学总体的疆域在不断地扩展着。再说一说粒子物理,它的形成和发展,乃与量子场论的延拓几乎同步。     

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。