检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2024年第22期73卷 1-22页

作者：王东升中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理前沿重点实验室北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049

近几十年,量子信息物理极大地促进了量子理论的现代发展,并在通信、计算、计量等方面展现了巨大的应用前景.理论基础之一是通用量子计算模型理论,用于描述量子信息的演化特别是其大规模的应用,也是算法和纠错码等设计的基础.本文着重从... 详细信息

近几十年,量子信息物理极大地促进了量子理论的现代发展,并在通信、计算、计量等方面展现了巨大的应用前景.理论基础之一是通用量子计算模型理论,用于描述量子信息的演化特别是其大规模的应用,也是算法和纠错码等设计的基础.本文着重从物理的角度介绍近期在通用量子计算模型上的研究,结合量子资源理论对量子信息的刻画,发展了能统一描述不同计算模型的理论框架.研究发现,结合通用性和容错性的要求,可以构建模型的分类表,它包含上百种不同的通用量子计算方案,其中多数尚未得到深入研究.本文重点讨论了在通用性方面即针对信息不同表示形式的四个家族的模型,其中一类模型是近期提出的量子冯·诺依曼架构,它可以绕开在量子程序存储和量子控制单元上的不可能定理,从而构建可量子编程的计算机体系.另外还探讨了量子芯片与算法设计、量子资源与优势等问题.本研究展现了通用量子计算模型研究的丰富性和复杂性,也为量子计算机的建造和量子信息的应用提供了更多的可能.

关键词：通用量子计算量子资源量子纠错

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基于LC耦合的超导通用量子计算方案

基于LC耦合的超导通用量子计算方案

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作者：梁喜温州大学

学位级别：硕士

近年来,随着对量子计算机研究的不断深入,通用量子计算方案的实现一直是人们研究的重点目标。目前,已有多种量子位系统被提出用于实施量子计算,主要包括离子阱、光子、量子点以及固体超导等。其中,以约瑟夫森结为主体构成的超导量子位... 详细信息

近年来,随着对量子计算机研究的不断深入,通用量子计算方案的实现一直是人们研究的重点目标。目前,已有多种量子位系统被提出用于实施量子计算,主要包括离子阱、光子、量子点以及固体超导等。其中,以约瑟夫森结为主体构成的超导量子位系统由于其容易扩展、低耗散和易于加工等诸多优点而备受研究者关注。迄今为止,已有不少人提出了超导量子位系统的规模化方案,且这些方案在实验上也取得了不错的进展。例如,近期谷歌在超导系统中实现了量子霸权;浙大实现了二十量子比特的纠缠等。这些进展预示着超导量子位体系将有可能首先实现通用量子计算方案,本研究聚焦超导量子位,侧重研究高效耦合量子比特的方法,具体研究内容包括:我们提出了一种对称性比较好的多量子位耦合方案,而且考虑系统的所有耦合情况,以尽量减少从两量子比特系统扩展到多量子比特系统时耦合系统本身带来的消相干问题,我们的方案可以实现各任意两个量子位之间的耦合。这是一种仅凭LC耦合作为总线即可将各量子位耦合起来的方案,故可简化逻辑门的操作过程,提高逻辑门的操作效率,为超导量子位系统的物理实现提供一定的理论指导。

关键词：约瑟夫森结超导量子位通用量子计算量子位逻辑门

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二维腔耦合量子芯片的设计、制备以及二维量子随机行走研究

二维腔耦合量子芯片的设计、制备以及二维量子随机行走研究

引用

作者：王石宇中国科学技术大学

学位级别：博士

量子计算机利用量子力学的叠加、纠缠的原理进行计算和模拟,对于特定任务的计算速度可以超过所有经典计算机,能快速求解部分目前无法在经典计算机上多项式时间内求解的问题,在多体系统的量子模拟、量子化学、大数质因子分解、随机数据... 详细信息

量子计算机利用量子力学的叠加、纠缠的原理进行计算和模拟,对于特定任务的计算速度可以超过所有经典计算机,能快速求解部分目前无法在经典计算机上多项式时间内求解的问题,在多体系统的量子模拟、量子化学、大数质因子分解、随机数据库搜索、线性方程组的求解等问题上都有着显著优势。能实现量子计算的方案包括超导量子计算,离子阱量子计算,光学量子计算,半导体量子点量子计算等。超导量子计算通过制备在芯片上的基于约瑟夫森结的超导量子电路来实现。由于超导量子芯片的加工工艺是在成熟的半导体工艺的基础上进行改进和发展而来,能进行集成和大规模扩展,且可以实现对量子比特的高精度操控和高保真度读取,所以极具发展潜力。在超导量子计算的发展进程中,实现超导量子芯片的大规模高性能扩展是极其重要的研究课题,关乎到超导量子计算机能否投入实际应用以及实现通用可容错的量子计算。近年来,超导量子计算已经在高保真度量子门的实现,量子模拟和量子纠错等问题上取得了一系列突破。然而,此前的超导量子芯片的量子比特排布结构多为一维链状结构或者准二维的梯子结构,并且所有量子比特的控制线和读取线都引出到芯片边缘实现信号的输入和输出。随着量子比特数目的增加,这样的结构难以扩展,会带来布线拥挤和信号串扰等一系列问题。并且一维链结构的连通性低,而量子比特连通性的提高可以缩短实现量子算法所需的线路深度,使得量子算法得以高效、高保真度地实现。另外,实现表面码量子纠错方案也需要近邻耦合的二维阵列结构。因此,实现二维量子比特排布的超导量子芯片是量子芯片的集成化道路上的关键步骤和必经之路。本论文分别从超导量子芯片及其封装结构的设计,以及量子芯片的制备工艺出发,解决了量子芯片从一维链结构向二维结构扩展面临着的布线、压制串扰、压制腔模、实现良好接地等难题,实现了包含64个量子比特的二维腔耦合量子处理器“祖冲之号”(实验中实际可用量子比特数为62个),这是当时世界上已发表的量子比特数目最多的超导量子处理器。从设计的角度出发,作者先进行了一维链结构的12量子比特芯片的设计,并从一维链结构出发,实现了可扩展的二维结构。二维结构的量子芯片通过通孔结构的创新设计实现了量子芯片中央的引线,缩短了布线长度,减小了量子比特间的串扰;通过XY控制线和Z控制线的复用减少了控制线数目;通过对读取腔和滤波器的设计实现了量子比特的高保真度读取;设计了腔耦合的结构,每个量子比特和与其相邻的量子比特之间通过谐振腔进行耦合,实现了二维可扩展的耦合结构。对于量子芯片封装,通过发明并联的导电金属柱结构有效地压制了腔模,并实现了量子芯片的高精度控制。从制备的角度出发,作者研发了针对二维腔耦合结构大面积超导量子芯片的微纳加工工艺,实现了 32 mm×32 mm范围内大面积超导共面波导线路,高密度空桥的稳定、均一、高精度制备,提高了二维量子比特阵列的约瑟夫森结室温电阻的稳定性,研发了用于加工量子芯片中央通孔的激光切割技术。通过对“祖冲之号”二维腔耦合量子处理器性能的并行标定和优化,实现了高保真度的控制和测量,并在该处理器上首次实现了超导体系的单粒子和两粒子的可编程二维量子随机行走和马赫-曾德尔干涉仪。基于二维量子随机行走的算法能在空间搜索等问题上实现相对于经典算法的加速,可编程的二维量子随机行走可以处理量子输运、神经网络和图论等问题,是实现通用量子计算的可行方案之一。本论文对于二维量子处理器以及二维量子随机行走的实现是超导量子计算领域的一个重要进展,为实现量子计算优越性和复杂系统的量子多体模拟奠定了基础,并有可能在未来应用于量子搜索算法以及通用量子计算。

关键词：超导量子芯片可扩展腔耦合二维量子随机行走马赫-曾德尔干涉仪通用量子计算

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克服腔QED中比特反转错误的无退相干子空间量子计算

引用

量子电子学报 2016年第5期33卷 553-560页

作者：陈月月刘呈普冯勋立中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100039 上海师范大学数理学院上海200234

用无退相干子空间的方法抑制集体退相干,实现不受比特反转错误影响的通用量子计算.该方案基于腔电动力学系统,用囚禁于腔中的2个相邻原子编码1个逻辑比特,构造出抑制集体比特反转错误的4维无退相干子空间.通过调节外加光场与腔的耦合,... 详细信息

用无退相干子空间的方法抑制集体退相干,实现不受比特反转错误影响的通用量子计算.该方案基于腔电动力学系统,用囚禁于腔中的2个相邻原子编码1个逻辑比特,构造出抑制集体比特反转错误的4维无退相干子空间.通过调节外加光场与腔的耦合,在无退相干子空间中完成了2个非对易的单比特操作和控制相位门,实现了克服集体比特反转错误的通用量子计算。

关键词：量子光学通用量子计算无退相干子空间比特反转错误

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