量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。

由于量子力学独特的性质，量子密钥协商理论上具有无条件安全性。设计了一个以四粒子团簇态为量子信源，通信双方分别进行联合Bell测量，并通过受控非门与Hadamard门进行编码操作，从而共享密钥的量子密钥协商协议。为应对传输过程中的退相干性，还使用了弱测量和量子测量翻转的方法。本文提出的密钥协商协议不仅具有应对各种参与者攻击与外部攻击的能力，还具有更高的通信效率。

为了满足多用户安全通信的需求，利用四粒子cluster态的纠缠特性和测量-重发操作提出一个四方半量子密钥协商协议。该协议能够使一个全量子方和三个半量子方在无可信第三方协助的情况下进行密钥协商，并公平地建立共享密钥。由于该协议的半量子方仅需执行简单量子态制备、测量和反射操作，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。研究结果表明，该协议在有效地抵御参与者攻击和所有外部攻击的同时具备良好的性能。

作为量子技术中的信息载体, 量子比特被广泛应用于量子计算、量子模拟以及量子精密测量等研究领域。然而由于环境中如噪声等因素的存在, 量子比特的信息表征会受到一定限制。如何精确地解析出环境中作用于量子比特的噪声谱信息, 成了量子比特动力学解耦工作中亟待解决的问题。基于近似解析的传统方法无法精确地从量子比特的时域测量信息中解析出噪声谱。因此, 在本文中, 我们提出了一种基于深度学习的量子比特噪声谱解析方法。该方法通过不断学习, 能够获取量子比特的退相干曲线与其噪声谱之间的潜在映射关系, 为后续数值模拟和实验测量中的量子比特噪声谱解析提供了新的技术思路。相比于传统方法, 该方法的精确度更高, 并且可以推广到其他类型噪声谱的解析工作中。

量子密钥协商协议虽然可以实现参与者之间建立安全共享密钥的目的，但是目前大多数量子密钥协商协议对参与者能力和设备的要求较高。针对此问题，利用G-like态的纠缠特性和测量-重发操作方法提出了一个两方半量子密钥协商协议。该协议允许两个半量子参与方在一个具备全量子能力的可信第三方协助下公平地建立安全共享密钥。由于两个半量子方只需要执行反射操作以及进行简单的量子态制备和测量，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。最终，安全性分析证明了该协议可以很好地抵抗参与者攻击和外部攻击。并且，该协议在性能方面也有一定优势。

量子芯片是运用量子力学基本原理构建实用化计算机的基础。各国研究团队通过近几年的卓越研究工作, 将硅基量子比特芯片技术发展成量子计算的核心方向之一。文章重点归纳了Si自旋量子比特的主要类型, 分析了可靠量子计算实现所要求的高保真度、长程耦合等指标的关键技术。这些技术的研究表明, 硅是一个能实现全面量子计算发展的可行平台。

在铷原子波段将光场信息编码到Time-bin 量子比特, 然后将Time-bin量子比特在光纤中经过2.3 km的远距离传输, 利用非平衡马赫-曾德尔干涉仪对传输后的Time-bin的相干度进行测量, 实验结果显示单光子量级的Time-bin远距离传输后其相干保持度为81%。