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物理学报 2021年第21期70卷 1-16页

作者：黎颖韩泽尧黎超健吕劲袁骁吴步娇北京大学物理学院北京100871 北京大学前沿计算研究中心北京100871 广东工业大学计算机科学与技术学院广东510006

利用量子态的叠加性和纠缠,量子计算为显著地加速经典算法,例如大数分解、求解线性方程组、量子多体系统模拟等问题,提供了可能.随着量子计算机硬件的快速发展,探索量子计算超越经典计算极限方向的研究受到了越来越多的重视.针对一类特... 详细信息

利用量子态的叠加性和纠缠,量子计算为显著地加速经典算法,例如大数分解、求解线性方程组、量子多体系统模拟等问题,提供了可能.随着量子计算机硬件的快速发展,探索量子计算超越经典计算极限方向的研究受到了越来越多的重视.针对一类特定的问题,现有的量子设备已经展现出超越经典计算机的能力.但由于一些量子算法(诸如大数分解等问题)需要依赖于一个通用的大规模的容错的量子计算机,考虑到现阶段的量子设备的量子比特数十分有限,且容易与环境发生退相干,近期的研究主要集中在探索基于含噪声的中等规模量子设备以及浅层量子线路的量子优越性.一些采样问题被作为演示量子优越性的候选项提出.本文介绍和总结了几个可以在现阶段的量子设备上实现的量子优越性问题,并就其中两个备受关注的量子优越性问题—随机量子线路模拟和玻色采样及其衍生的采样问题的理论和实验进展、经典模拟算法等展开讨论.随着上述两类量子优越性问题在超导和光学量子平台的实现,我们预期当前和近期的量子设备将解决更多问题,从而实现更一般的量子优势.

关键词：量子优越性随机量子线路玻色采样经典模拟

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面向量子优越性的量子计算实验研究

面向量子优越性的量子计算实验研究

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作者：李科敏浙江大学

学位级别：硕士

量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式,量子纠缠和量子叠加性使得在同一时刻量子系统能携带多个基态的信息,并且量子门操作能同时影响所有基态,这给量子计算带来了无与伦比的并行计算能力。科学家利用这一原理设计了各种量子算... 详细信息

量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式,量子纠缠和量子叠加性使得在同一时刻量子系统能携带多个基态的信息,并且量子门操作能同时影响所有基态,这给量子计算带来了无与伦比的并行计算能力。科学家利用这一原理设计了各种量子算法,如Shor算法、Grover算法等,证明了在解决特定问题时,量子计算机能够超越经典计算机。然而依靠目前所能实现的操控精度,制造一台实用的量子计算机来运行Shor算法可能需要集成上百万个物理量子比特,这在未来的20年内可能都很困难。所以科学家设定了一个小目标,在不进行纠错的情况下,用少量的物理比特,进行随机量子门操作,以此来从实验上证明量子计算机相比于经典计算机的优势。本论文介绍了个人在硕士阶段的所学与所思。论文结构大致如下:第一章介绍了量子计算的背景,给出了实现量子计算机的必要条件以及量子计算在各个系统中的进展。超导系统因其良好的可扩展性和易操控性已成为最有希望实现量子计算的候选系统之一。第二章介绍了超导量子电路的基础知识,阐明了量子电路是如何构造出量子比特的,即所谓的人造原子。第三四章是本文的主体,第三章介绍了超导量子比特的基本调控手段,并对可调耦合的Gmon进行了耦合强度的标定,成功观察到比特和中心腔的耦合强度随外加磁场的变化而变化。第四章讲述了利用随机量子电路来证明量子计算相比于经典计算的优越性。实验上用9个比特的全连通结构来制备混沌态并利用机器学习构建模型来预测实验末态分布,实验结果的误差率在1%/Cycle/Qubit之内。第五章是总结和展望。

关键词：量子计算超导量子比特量子混沌量子优越性

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集成光量子计算的研究进展

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物理学报 2022年第24期71卷 16-29页

作者：周文豪王耀翁文康金贤敏上海交通大学物理与天文学院上海200240 南方科技大学量子科学与工程研究院深圳518055 上海交通大学无锡光子芯片研究院无锡214000

基于量子力学的叠加和纠缠等性质,量子计算具备超越经典计算机的强大计算能力.光子作为一种高效信息载体,具有传输速度快、操控性高及相干时间长的优点,是实现量子计算的一个理想物理平台.集成光量子技术,使得我们在微型结构上便能够稳... 详细信息

基于量子力学的叠加和纠缠等性质,量子计算具备超越经典计算机的强大计算能力.光子作为一种高效信息载体,具有传输速度快、操控性高及相干时间长的优点,是实现量子计算的一个理想物理平台.集成光量子技术,使得我们在微型结构上便能够稳定地实现光量子态的产生、处理和探测.近年来,随着新兴的集成光量子技术的快速发展,集成光量子计算的实验复杂度和规模在不断提高,并成功模拟和解决了复杂的物理和计算问题.为此,本综述总结了近年来集成光量子计算的技术进展,包括各类集成光量子实验平台,并讨论了基于集成光量子平台实现的量子行走实验范例.最后,我们亦简述了基于光量子行走而实现的量子算法和量子模拟的方案.

关键词：集成光量子计算量子行走量子算法量子优越性

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DQC1量子算法中量子失谐实验研究

DQC1量子算法中量子失谐实验研究

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作者：李廷伟中国科学技术大学

学位级别：硕士

量子计算因其在质因数分解等特定问题上超越经典计算机的计算能力而受到广泛关注,然而量子计算优越性的来源至今没有定论。量子纠缠是量子系统区别于经典系统的一个重要特性。早期研究发现纠缠态在量子通信和量子计算中有着非纠缠态不... 详细信息

量子计算因其在质因数分解等特定问题上超越经典计算机的计算能力而受到广泛关注,然而量子计算优越性的来源至今没有定论。量子纠缠是量子系统区别于经典系统的一个重要特性。早期研究发现纠缠态在量子通信和量子计算中有着非纠缠态不可替代的作用,于是纠缠被视作量子信息处理中一种重要的量子资源和量子计算指数加速的可能来源。然而1998年确定性单比特量子计算(deterministic quantum computation with one qubit,DQC1)算法的提出打破了这一观念。该算法中有n个处于最大混合态的量子比特和一个极化度为α的控制比特,控制比特与其它n个量子比特之间始终没有纠缠,却能在某些问题上相较于经典算法实现指数加速。DQC1的提出,让人们认识到除了量子纠缠外还存在其它非经典关联。量子失谐是一种比量子纠缠更一般的量子关联,在量子通信、量子信息论和量子度量学等领域都有广泛应用。量子失谐也被认为是DQC1算法指数加速的可能来源。虽然在各种物理体系上都已经实现了 DQC1算法并观察到了量子失谐,但这并不能充分说明量子失谐在DQC1算法中的作用,因为几乎所有的量子态都具有非零的量子失谐。本文基于电子顺磁共振(ESR)技术,在固态自旋体系上实现了 DQC1算法,观察到了非零的量子失谐,并研究了量子失谐大小与控制比特初始量子态极化度α和量子Fisher信息的关系。量子Fisher信息表征了 DQC1算法用于参数估计时的精度上限,而极化度α与保证结果精度相同时算法需要重复的次数有关,二者都反映了算法的性能。通过研究量子失谐与算法性能的关系,我们进一步验证了量子失谐是DQC1算法中的一种重要资源,对其指数加速起到了关键作用,是量子优越性的可能来源。

关键词：量子失谐量子关联确定性单比特量子计算量子优越性电子自旋共振

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当前学界对待量子计算机的态度分析

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科技创新与生产力 2021年第11期 1-4页

作者：王梦雯赵丹山西大学科学技术哲学研究中心山西太原030006

本文在介绍量子计算机研究背景的基础上,阐述了学界围绕量子计算机是革命还是炒作呈现出积极的乐观派与理性的谨慎派两种不同的态度,并深入探讨了双方围绕量子计算机的激烈争论,主要集中于3个方面:模拟实验设备是不是量子计算机?量子计... 详细信息

本文在介绍量子计算机研究背景的基础上,阐述了学界围绕量子计算机是革命还是炒作呈现出积极的乐观派与理性的谨慎派两种不同的态度,并深入探讨了双方围绕量子计算机的激烈争论,主要集中于3个方面:模拟实验设备是不是量子计算机?量子计算能否完全取代经典计算?量子计算机何时能实现?指出面对量子计算机,学界应该更加理性对待,谨慎避免炒作。

关键词：量子计算机量子计算量子优越性量子霸权

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