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借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制研究

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借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制研究

作者：张骄阳中国科学技术大学

学位级别：硕士

目前,量子信息科技正在飞速发展。在实际的量子信息处理任务中,量子系统与环境不可避免的相互作用会引发退相干,这是量子信息理论实现的最大瓶颈之一。因此,研究如何借助合适的控制策略对量子信息系统进行退相干抑制具有重要的理论和应... 详细信息

目前,量子信息科技正在飞速发展。在实际的量子信息处理任务中,量子系统与环境不可避免的相互作用会引发退相干,这是量子信息理论实现的最大瓶颈之一。因此,研究如何借助合适的控制策略对量子信息系统进行退相干抑制具有重要的理论和应用价值。在此背景下,本论文重点研究了借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制问题,主要研究内容包括以下三个方面:1.借助弱测量和环境辅助测量提出一种新的退相干控制方案,解决了任意未知的N量子比特状态振幅阻尼退相干抑制的问题。所提方案主要包含三个阶段:在退相干通道前,借助前置弱测量和前馈控制将量子系统的初态转移到一个对退相干鲁棒的状态上;在退相干过程中,对与被保护的量子系统耦合的环境进行测量,以便选择对应于可逆Kraus算符的量子轨迹;在退相干通道后,再借助逆前馈控制和后置弱测量恢复初始状态。一方面,当后置弱测量强度满足完全恢复条件时,所提方案即便是在重阻尼情况下也能够取得100%的总体保真度;另一方面,当满足完全恢复条件不成立时,全面地分析了弱测量强度、初始状态参数和振幅阻尼通道的幅度对所提方案性能的影响。将所提方案用于增强2量子比特纠缠态的并发度,并通过与无保护方案进行对比证实了所提方案的有效性。2.借助弱测量和环境辅助测量提出一种量子隐形传态框架,实现了振幅阻尼通道上高保真度的量子隐形传态,其中考虑了基于Bell态/W态的非受控/受控量子隐形传态的情况。在所设计的框架中,首先在纠缠分发环节施加环境辅助测量,然后利用精心设计的弱测量算符取代原有协议最后一步中的幺正算符来恢复输出量子比特的状态。一方面,通过使弱测量的强度与振幅阻尼通道的幅度相等,所设计的框架能取得100%的平均保真度;另一方面,通过调节弱测量强度,所设计的框架也能在平均保真度和总体成功概率之间进行折中。特别地,对于基于W态的受控量子隐形传态而言,只需在纠缠分发环节施加环境辅助测量,即可完全抑制共享纠缠的退相干效应,因此后续无需施加任何状态恢复操作就能取得100%的平均保真度。仿真结果表明,所设计的框架与无保护的量子隐形传态协议和一种只借助弱测量的量子隐形传态协议相比,能取得更高的保真度。3.针对量子隐形传态中现有的退相干控制方案普遍难以适应量子网络和量子计算的需要这一难题,借助量子门开发了三种对振幅阻尼退相干鲁棒的量子隐形传态方案。在第一种方案中,当原始的量子隐形传态协议完成后,在接收端施加由一个Hadamard门和一个CNOT门组成的量子门控制单元来恢复输出量子比特的状态。接下来,通过在第一种方案的纠缠分发环节施加环境辅助测量,开发出一种具有100%的保真度的量子隐形传态方案。进一步地,通过在原始量子隐形传态协议之前的纠缠分发环节施加一个前置和一个后置量子门控制单元,从保护共享纠缠的角度提高量子隐形传态的保真度。所设计的量子门协助的量子隐形传态方案既不耗资源也不耗时,因此在量子网络和量子计算中具有潜在的应用价值。仿真结果表明,所设计的量子门协助的量子隐形传态方案的保真度高于无保护的量子隐形传态协议和一种借助弱测量的量子隐形传态协议。

关键词：量子信息量子隐形传态退相干控制弱测量环境辅助测量量子门

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基于量子门组的卷积神经网络设计与实现

计算机工程与应用 2018年第20期54卷 54-61页

作者：许兴阳刘宏志北京工商大学计算机信息与工程学院北京100048

为进一步提高卷积神经网络的训练速度,减少训练成本,建立了量子门组卷积神经网络模型(Quantum Gate Convolutional Neural Network,QGCNN)。为了构建QGCNN网络结构,依据传统CNN结构的特点,给出卷积算术线路(Convolutional Arithmetic Ci... 详细信息

为进一步提高卷积神经网络的训练速度,减少训练成本,建立了量子门组卷积神经网络模型(Quantum Gate Convolutional Neural Network,QGCNN)。为了构建QGCNN网络结构,依据传统CNN结构的特点,给出卷积算术线路(Convolutional Arithmetic Circuit,ConvAC)的定义。用张量分解来说明ConvAC的权值系数之间的关系,为构建QGCNN提供理论依据。将QGCNN分为输入表示层、隐藏层和输出层,在此基础上实现对数据进行量子编码,利用量子门组完成数据初始化,网络参数更新等操作。将QGCNN应用到数字手写体识别中,实验结果表明,该方法在手写体识别的准确率和收敛速度上有不错的效果。

关键词：量子计算量子神经网络卷积神经网络量子门

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量子门线路神经网络及其改进学习算法研究

计算机工程与应用 2014年第6期50卷 213-218页

作者：侯旋西北工业大学电子信息学院西安710071

量子门线路神经网络(QGCNN)是一种直接利用量子理论设计神经网络拓扑结构或训练算法的量子神经网络模型。动量更新是在神经网络的权值更新中加入动量,在改变权值向量的同时提供一个特定的惯量,从而避免权值向量在网络训练过程中持续振... 详细信息

量子门线路神经网络(QGCNN)是一种直接利用量子理论设计神经网络拓扑结构或训练算法的量子神经网络模型。动量更新是在神经网络的权值更新中加入动量,在改变权值向量的同时提供一个特定的惯量,从而避免权值向量在网络训练过程中持续振荡。在基本的量子门线路神经网络的学习算法中引入动量更新原理,提出了一种具有动量更新的量子门线路网络算法(QGCMA)。研究表明,QGCMA保持了网络100%的收敛率,同时,相对于基本算法,在具有相同学习速率的情况下,提高了网络的收敛速度。

关键词：量子神经网络量子计算量子门动量更新学习算法权值

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旋转单晶体系下的量子门的实现（英文）

中国科学技术大学学报 2015年第3期45卷 224-230页

作者：颜本军崔江煜刘小梅中国科学技术大学近代物理系安徽合肥230026

在魔角旋转的固体核磁共振体系中,实现了量子逻辑门.首先,利用魔角旋转去除掉样品中核间的耦合.然后,利用特殊的恢复耦合序列或者条件恢复实现量子门需要的耦合.此方法相比液体中实现量子门有较简单的序列,因为其不需要复杂的去耦序列,... 详细信息

在魔角旋转的固体核磁共振体系中,实现了量子逻辑门.首先,利用魔角旋转去除掉样品中核间的耦合.然后,利用特殊的恢复耦合序列或者条件恢复实现量子门需要的耦合.此方法相比液体中实现量子门有较简单的序列,因为其不需要复杂的去耦序列,另外构成量子门的序列的时间也较短.最后,模拟了一系列量子门,模拟结果与理论预期一样.

关键词：量子计算固体核磁共振量子门魔角旋转恢复耦合

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多值逻辑量子置换门的酉矩阵表示

计算机学报 2012年第3期35卷 639-644页

作者：王冬陈汉武朱皖宁刘志昊东南大学计算机科学与工程学院南京210096 河南大学复杂智能网络系统研究所河南开封475004

理论上量子可逆电路不存在能量耗散问题,因此量子计算系统对环境产生的负面影响可以达到最低.多值逻辑量子置换门是构建多值逻辑量子电路的基本单元.该文从数学的角度研究多值逻辑量子置换门的酉矩阵,提出了一种构造多值逻辑量子置换门... 详细信息

理论上量子可逆电路不存在能量耗散问题,因此量子计算系统对环境产生的负面影响可以达到最低.多值逻辑量子置换门是构建多值逻辑量子电路的基本单元.该文从数学的角度研究多值逻辑量子置换门的酉矩阵,提出了一种构造多值逻辑量子置换门酉矩阵的方法,并对其正确性进行了讨论.在此基础之上,又给出了构造混合多值逻辑量子置换门酉矩阵的框架,利用此框架可以方便地构造任何混合逻辑量子置换门的酉矩阵.酉矩阵是量子门的数学模型,可以清晰地反映出量子门的数学性质.研究量子门的酉矩阵对验证量子门的正确性和可靠性,分析量子状态在电路中的演化过程及发展趋势具有一定的意义.

关键词：绿色计算量子计算多值逻辑量子门低功耗

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利用量子门实现横场伊辛模型基态的制备

科学技术创新 2023年第2期 78-82页

作者：郝福丹乔玉洁张罡天津师范大学物理与材料科学学院天津

横场伊辛模型作为可以精确求解且具有量子相变性质的模型,成为了有关量子相变研究的重要平台。利用常见的量子门设计出量子态多层线路图来制备少格点数的横场伊辛模型的基态,通过逐步解放量子门的参数要求,计算出目标态与末态之间的交... 详细信息

横场伊辛模型作为可以精确求解且具有量子相变性质的模型,成为了有关量子相变研究的重要平台。利用常见的量子门设计出量子态多层线路图来制备少格点数的横场伊辛模型的基态,通过逐步解放量子门的参数要求,计算出目标态与末态之间的交叠最大值,最后得到精度允许范围内制备目标态所需的参数。结果表明,在选定的g值范围内,制备态与目标态的最佳交叠值超过了0.99,由此可知,此研究方法在格点很少的情况下具有可行性,为今后相关研究提供了很好的基础。

关键词：量子计算横场伊辛模型量子门布洛赫球

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最优量子门检验首次实现 001

最优量子门检验首次实现

Allowable Generalized Quantum Gates

中国科学报

作者：桂运安王敏

本报讯中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与复旦大学朱黄俊和北京理工大学尚江伟合作，首次在实验上实现基于局域操作的最优量子门检验，这对大规模量子门和量子线路的验证具有重要意义。日前，相关成果在线发表于... 详细信息

本报讯中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与复旦大学朱黄俊和北京理工大学尚江伟合作，首次在实验上实现基于局域操作的最优量子门检验，这对大规模量子门和量子线路的验证具有重要意义。日前，相关成果在线发表于《物理评论快报》。量子门是构建量子计

关键词：量子门量子过程层析量子线路局域操作

来源： cnki报纸评论

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Communications in Theoretical Physics 2009年第1期51卷 65-67页

作者： LONG Gui-Lu LIU Yang WANG Chuan Key Laboratory for Atomic and Modecular Sciences and Department of Physics Tsinghua University Beijing 100084 China Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology Tsinghua University Beijing 100084 China

在这篇论文，我们在两重性量计算机给最一般的两重性门，或概括的量门。这里，我们由明确的建设证明有 d 裂缝的一台 n 小点两重性量计算机能与 n qubits 和一辅助 qudit 与一台平常的量计算机完美地被模仿。用这个模型，我们给具有形式... 详细信息

在这篇论文，我们在两重性量计算机给最一般的两重性门，或概括的量门。这里，我们由明确的建设证明有 d 裂缝的一台 n 小点两重性量计算机能与 n qubits 和一辅助 qudit 与一台平常的量计算机完美地被模仿。用这个模型，我们给具有形式Σ 门的最一般的形式> d-1 i = 0 p i U i ,和 p i 的是有模块更少或平等者的复杂数字到 1 并且由|抑制Σ i p i |≤1 。

关键词：量子门广义量子计算机数字模块量子位对偶

Realization of Two-Qutrit Quantum Gates with Control Pulses

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Communications in Theoretical Physics 2009年第4期51卷 653-658页

作者： ZHANG Jie DI Yao-Min WEI Hai-Rui School of Physics ＆ Electronic Engineering Xuzhou Normal University Xuzhou 221116 China

我们与 bequsi 相互作用在一个由两部组成的 3 水平系统调查 2-qutrit 逻辑门的实现。根据矩阵的 Cartan 分解， 2-qutrit 的单一的矩阵是进一系列可实现的矩阵的产品的 factorized。它等价于在系统，和控制目标上施加某个控制域被控制... 详细信息

我们与 bequsi 相互作用在一个由两部组成的 3 水平系统调查 2-qutrit 逻辑门的实现。根据矩阵的 Cartan 分解， 2-qutrit 的单一的矩阵是进一系列可实现的矩阵的产品的 factorized。它等价于在系统，和控制目标上施加某个控制域被控制脉搏的一个序列通常获得。逻辑门被成为第一的 2-qutrit 的实现的一般讨论，然后实现第三交换门，第三的门明确地被讨论，并且控制脉搏的序列和实现这些门的飘移过程被给。

关键词：控制脉冲量子门分解矩阵控制领域控制目标脉冲序列逻辑门系统