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给定环境下稳定开放量子系统的哈密顿量方法

控制理论与应用 2017年第11期34卷 1506-1513页

作者：闫家臻匡森陈蒙西丛爽中国科学技术大学信息科学技术学院自动化系安徽合肥230027

针对耗散已知情况下Lindblad主方程描述的开放量子系统,本文通过哈密顿量的设计实现了系统对于目标平衡态的稳定化.借助相干矢量体系,将矩阵形式下的原始系统模型转换为了一个矢量形式的线性系统,并证明了变换前后系统稳定属性的等价性... 详细信息

针对耗散已知情况下Lindblad主方程描述的开放量子系统,本文通过哈密顿量的设计实现了系统对于目标平衡态的稳定化.借助相干矢量体系,将矩阵形式下的原始系统模型转换为了一个矢量形式的线性系统,并证明了变换前后系统稳定属性的等价性.通过保证矢量化线性系统模型的稳定性,并使系统的唯一平衡态等于期望的目标态,得到了系统哈密顿量的设计框架.特别地,本文讨论了这两类条件下系统哈密顿量各元素的范围,并指出根据它们的交集即可构成所设计的系统哈密顿量.最后,在一个两能级系统上进行了数值仿真实验,验证了本文哈密顿量稳定化方案的有效性.

关键词：开放量子系统模型变换哈密顿量设计稳定化相干矢量

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基于抽样学习的开放量子系综时间最优控制

中国科学技术大学学报 2019年第10期49卷 775-780,790页

作者：祁鹏匡森中国科学技术大学自动化系安徽合肥230027

针对哈密顿量具有波动的、大量成员系统构成的开放量子系综,在密度矩阵的相干矢量体系下提出了一个双阶段近似时间最优控制算法,实现了系综中所有成员系统对于一个共同目标态的高保真度状态转移,同时确保了控制时间的近似最小.该算法首... 详细信息

针对哈密顿量具有波动的、大量成员系统构成的开放量子系综,在密度矩阵的相干矢量体系下提出了一个双阶段近似时间最优控制算法,实现了系综中所有成员系统对于一个共同目标态的高保真度状态转移,同时确保了控制时间的近似最小.该算法首先根据表征系综哈密顿量波动情况的参数分布律对系综进行采样以便得到代表系综特性的一个样本系统集;然后基于该样本系统集、并借助基本的梯度法在两个阶段中分别对保真度和控制时间进行优化,得到了最终的最优控制律;最后在两能级开放量子系综上进行了数值仿真实验,验证了所提出算法的有效性.

关键词：开放量子系综时间最优控制相干矢量

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QCA电路仿真软件的可扩展性框架设计

微电子学与计算机 2019年第12期36卷 6-10页

作者：肖贞杰彭斐徐栋邝锐解光军合肥工业大学电子科学与应用物理学院

为了克服QCA Designer在设计上的缺陷,提出了一个QCA电路仿真软件框架,并在此框架之上对"双稳态"和"相干矢量"算法进行了重新实现.为了验证该框架的可扩展性,利用该框架实现了一个QCA电路功耗分析算法.

关键词：量子元胞自动机可扩展性框架双稳态相干矢量功耗分析

定点搜索算法在对偶计算机中的实现与Bloch表象中的相干性度量研究

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定点搜索算法在对偶计算机中的实现与Bloch表象中的相干性度量研究

作者：丁磊西南交通大学

学位级别：硕士

本文的主要研究内容由两方面组成。一方面,2009年,Mizel引入耗散辅助系统设计了一种具有阻尼量子态旋转功能的非幺正定点搜索算法,该算法不容易在普通量子计算机中实现。对偶计算机拥有允许非幺正操作存在的强大能力,并且可以在普通量... 详细信息

本文的主要研究内容由两方面组成。一方面,2009年,Mizel引入耗散辅助系统设计了一种具有阻尼量子态旋转功能的非幺正定点搜索算法,该算法不容易在普通量子计算机中实现。对偶计算机拥有允许非幺正操作存在的强大能力,并且可以在普通量子计算机上实现模拟,称为对偶量子计算模式。本文提出一种在对偶计算机中实现Mizel定点搜索算法的方案。通过设计具体的对偶量子计算模式和循环计算模式,该方案理论上能在普通量子计算机中实现模拟。在本文设计的方案中,找到目标量子态的成功概率的递归式和失败概率的递归式已经得到。结果表明,随着对偶计算循环次数的增加,搜索失败的概率渐渐趋近于零,因此搜索成功时的概率很大。搜索到目标态的平均循环次数大约为Grover搜索算法最优迭代次数的1.5倍。另一方面,基于量子态叠加原理的量子相干性的严格度量框架已经由Baumgratz等人于2014年提出。量子相干性度量最近是量子资源理论中的热点任务之一。在该框架中,量子相干性度量的定义要求把量子态固定在Hilbert空间中一组特殊的基矢上,其结果是在同一度量下,基矢的变换会引起同一量子态的相干性也随之发生改变。本文在相干矢量表象中利用相干矢量的旋转性质,提出一种基于相干矢量归一化模长的量子相干性度量。在该度量中,同一量子态的相干性独立于基矢的选择。基于该度量的非相干态和非相干算符已经分别定义为经典最大混合态和酉算符。同时,三条重要性质已经得到,分别为非负性、凸性和非相干操作不变性。

关键词：对偶计算机量子算法定点搜索量子相干性相干矢量度量

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QCA电路仿真软件的架构研究与实现

QCA电路仿真软件的架构研究与实现

作者：肖贞杰合肥工业大学

学位级别：硕士

随着集成电路制造工艺水平的不断提高,CMOS器件的尺寸越来越小。特征尺寸的持续性减小给电路带来一系列不可避免的问题,如较大的漏电流、高功耗密度以及互连线的寄生效应等现象,严重影响了集成电路的发展,因此需要有新的技术来接替CMOS... 详细信息

随着集成电路制造工艺水平的不断提高,CMOS器件的尺寸越来越小。特征尺寸的持续性减小给电路带来一系列不可避免的问题,如较大的漏电流、高功耗密度以及互连线的寄生效应等现象,严重影响了集成电路的发展,因此需要有新的技术来接替CMOS器件。在上个世纪90年代,量子细胞自动机（Quantum-dot cellular automata,QCA）被提出,因其具有较高的集成度、超高的运算速度和超低的功耗等特点,展现出了良好的发展前景,并迅速被科研工作者所关注。自QCA电路提出至今,不仅在基础理论上得到了深入研究,而且在仿真软件的开发上也得到了快速发展。在QCA电路仿真软件方面,QCADesigner作为当前标准的QCA电路仿真工具,给出了“双稳态（Bistable）”算法和“相干矢量（Coherence vector）”算法的最初实现。尽管QCADesigner被广泛使用,但它的实现并没有考虑到软件的架构问题,这为它的扩展性带来了很大的局限,不便于软件的后续开发。为了克服QCADesigner在设计上的缺陷,本文重新开发了一个具有可扩展性架构的QCA电路仿真软件。在该工作中,本文首先对软件的架构进行了研究,提出了一个具有可扩展性的QCA电路仿真软件架构,并在此架构之上对“双稳态”和“相干矢量”算法进行了重新实现。通过仿真结果与QCADesigner进行分析对比,充分表明了该架构的有效性。接着,本文利用该架构实现了QCA电路中的“功耗分析”算法,结果表明了该架构具有良好的可扩展性。最后,为了方便用户使用,本文还对该软件的GUI部分进行了设计并实现,并取得了不错的成果。

关键词：量子元胞自动机仿真软件可扩展性架构双稳态相干矢量功耗分析