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.     

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   

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.     

七量子位D-J算法和精确受控相移门的NMR实验实现

首次报道通过液相核磁共振(NMR)实验实现七量子位D-J (Deutsch-Jozsa)量子算法和精确受控相移门的实验研究结果. 实验表明: 使用不同脉冲序列实现了七量子位D-J算法中的U_f变换, 只对U_f变换进行一次评估就可以判断所执行的变换中函数f的性质. 此外, 提出了实验上简单可行、设计精确、任意相移的受控相移门的实验方法. 所得结果将有助于解决多量子位NMR信号的灵敏度变差问题, 由于使用大量选择性脉冲序列而增加的实验复杂性问题和由于选择性脉冲的不完善使得实现逻辑门的误差增加的问题. 并且, 可以应用于多量子位和更复杂的算法(例如量子Fourier变换和Shor算法).     

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.     

重量固定的目标解量子搜索算法

针对重量固定为d的n维布尔向量目标解搜索问题, 给出了重量固定的向量标签表示方法与向量标签还原算法, 在此基础上提出了计算复杂性优于经典搜索算法的重量固定目标解量子搜索算法. 新算法计算复杂性是相似文献   

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.     

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.     

多层级量子密码城域网

由量子力学基本原理保证无条件安全的量子密码技术以及网络架构和应用模式研究是其实用化进程中的关键环节. 以“法拉第-迈克尔逊”量子密钥分配系统作为基础设备, 构造了一个多层级量子密码网络. 该网络应用了量子路由器、光开关和可信中继技术3种主流组网技术, 通过芜湖市电信商用光纤, 连接了包含5个政府部门在内的7个用户节点. 该网络可以满足电子政务所需的视频、音频、文字、文件等多种数据的量子保密传输, 向量子密码实际应用迈出了关键的一步.     

量子逻辑网络下的完全多回路量子密集编码

提出了一种完全的多回路的量子密集编码方案. 它可以提高张竞夫等人最近提出的核磁共振实现多回合量子稠密编码方案的信源容量. 信息接收方在每次循环中用两个量子比特来记录四个局域幺正操作.     

量子飞跃:聚沙成塔

正量子计算的潜力是独一无二的,其面临的挑战也是如此。物理学、数学、计算机科学和工程方面的进步使量子计算机达到了挑战传统计算机的程度。比特与量子比特在传统的计算中,信息以比特形式被编码为1和0组成的字符串。10比特给出了0和1的2~(10)或1024个组合,这可以表示0到1023之间的一个数字。而一个量子比特可以同时表示0和1(叠加),所以10个量子比特可以同时编码1024个数字。量子比特可以从几个具有不同量子态的物理系统中产生。利用激光或微波操纵这些系统,就有可能产生两个或更多个态的量子叠加。将许多量子比特连接在一起,就可以对大量的信息进行编码     

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.     

对掺杂磷的硅单晶中电子自旋的动力学解耦

量子相干是量子计算所利用的主要资源.由于与周围嘈杂环境的耦合,量子比特会遭受退相干效应.动力学解耦(DD)技术是对量子比特进行快速反转操作,可以有效消除量子比特与环境之间的耦合.而最优动力学解耦就是用最少数目的脉冲消除一定阶数的退相干效应.本文首先介绍了我们最近的工作进展,即保持γ辐照丙二酸单晶中电子自旋相干,并分析了...     

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。     

基于线性自组装的DNA减法模运算

使用线性自组装方法, 提出了两个非负二进制整数减法模运算的DNA算法. 对于两个表示为n位的二进制数A与B, 算法给出A-B在模2n情况下的运算结果. 算法中包含反应被减数与减数大小关系的扩展借位信息, 从而在计算前不必对A与B的大小关系进行预分类. 结果反应链中包含运算结果、每一步借位信息、参与运算的数值、判断被减数与减数大小的标志位等信息. 算法充分利用DNA反应的并行特性, 在给定两个被减数集与减数集时, 可进行两个集合的减法模运算的并行计算. 算法的可行性基于已知的DNA算法实验. 算法具有良好的自发反应特性, 避免了人工操作随运算数值位数增长的情况, 对于计算位数n, 在本算法中参与反应的单链库规模为O(n), 生物操作复杂度为常数.     

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.     

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.     

分圆函数域中的极大独立分圆单位系

本文研究分圆函数域和它的子域中的极大独立分圆单位系问题。先简要介绍分圆函数域的基本知识. 设F_q是q元有限域,K=F_q(T)(有理函数域),R_T=F_q[T](多项式环)。以K~(ac)表示k的代数闭包.作为F_q-向量空间,k~(ac)有自同态φ和μr,其中     

基于线性自组装的DNA加法

提出了一种用自组装方法来实现两个非负二进制整数相加的DNA算法. 该算法的生物操作复杂度为常数, 即对于n位二进制加法而言, 实验步骤数并不随着n的增加而增加. 与之前的各种DNA加法算法相比, 该算法具有更显著的简单易操作的优点.     

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.