1 本源量子计算科技(合肥)股份有限公司, 安徽 合肥 230088
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题, 分布式量子计算 (DQC) 因其高度可行性和灵活性, 成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同, 分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量子线路拆分的分布式量子计算两种类型, 前者主要面向容错量子计算, 而后者被认为可在中等规模含噪声量子 (NISQ) 时代有效提升量子计算机算力。从长远角度来看, 作为量子网络的主要应用之一, 分布式量子计算可以更好地整合接入量子网络的海量量子计算机以解决高难度问题。首先介绍了分布式量子计算的来源和类型, 在此基础上, 给出了两类分布式量子计算的基本原理和发展状况, 以及关注度较高的应用算法和编译优化方法。
量子信息 分布式量子计算 量子隐形传态 量子线路拆分 quantum information distributed quantum computing quantum teleportation quantum circuit cutting
1 北京计算科学研究中心,北京 100084
2 安徽大学物理与光电工程学院,安徽 合肥 230601
作为经典随机行走在量子世界的对应,量子行走在量子相干性和纠缠的作用下,能够以更快的速度使行走者遍历所有位置,可以应用于实现各类算法,加速解决各类问题。此外,作为描述微观粒子动力学演化的有效模型,量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化,实现量子态制备、量子逻辑门操作和量子测量等,进而实现信息处理中所有关键步骤。近年来,量子行走中的新机理和新应用的研究成为了人们普遍关注的焦点。首先介绍量子行走基本模型,再结合近年来本课题组在量子行走方向上取得的相关研究成果,介绍量子行走在实现量子通信、量子计算和量子测量方面的研究进展。
量子光学 量子信息处理 量子行走 量子通信 量子计算 量子测量
1 上海大学理学院物理系 上海 200444
2 苏州大学光电科学与工程学院 苏州纳米科技协同创新中心 江苏 苏州 215006
3 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室 江苏 苏州 215006
4 苏州大学数码激光成像与显示教育部工程研究中心 江苏 苏州 215006
5 上海市星系与宇宙学半解析研究重点实验室 上海 200234
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。
量子比特 量子逻辑门 几何相位 几何量子计算 脉冲设计 qubit quantum gate geometric phase geometric quantum computation pulse designing 量子光学学报
2023, 29(2): 020401
1 中国矿业大学信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
2 地下空间智能控制教育部工程研究中心, 江苏 徐州 221116
HHL (Harrow-Hassidim-Lloyd) 量子算法实现了近似求解线性方程组Ax = b, 是许多复杂量子算法的重要组成部分。尽管HHL量子算法相比于经典算法能够实现指数级加速, 但是目前HHL量子算法大多为抽象的算法描述或分析, 所设计出的量子线路规模很小, 且不具有普适性。在分析HHL量子算法原理的基础上, 使用通用量子门自上而下地设计了算法的关键模块, 包括酉矩阵的通用量子门分解模块、量子相位估计模块、量子全加器与乘法器模块、量子态条件旋转变换模块等, 从而实现了求解线性方程组的普适量子线路。利用IBM qiskit量子计算开发平台进行的量子仿真实验表明, 所设计的HHL量子线路能够求解一般形式的线性方程组, 且易于扩展为中大规模的量子线路。
量子计算 HHL量子算法 量子线路 量子相位估计 IBM qiskit平台 quantum computation HHL quantum algorithm quantum circuit quantum phase estimation IBM qiskit platform
南通大学信息科学技术学院, 江苏 南通 226019
在噪声中等规模量子 (NISQ) 设备上, 量子线路可靠性受到量子噪声的影响。为了实现CNOT量子线路在量子芯片上高效可靠的执行, 以相邻量子位交互错误率为权重, 给出了计算最小Steiner噪声路径长度的代价度量方法, 提出了噪声感知的CNOT量子线路最近邻综合算法。实验结果表明, 与现有方法相比, 所提出的综合算法在保证线路可靠性的前提下, 有效地降低了综合过程中所使用CNOT门的数量, CNOT门代价的平均优化率达到27.7%, 其中200门级的CNOT量子线路优化率达到了93.79%。
量子计算 CNOT 量子线路 Steiner 树 噪声 可靠性 quantum computation CNOT quantum circuits Steiner tree noise reliability
1 军委装备发展部某中心, 北京 100034
2 中国人民解放军 海军八〇七厂, 北京 102401
3 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
氮化镓(GaN)是第三代半导体的典型代表,受到学术界和产业界的广泛关注,正在成为未来超越摩尔定律所依靠的重要技术之一。对于射频(RF)GaN技术,在电信和**两大主要应用增长行业,尤其是军用领域对先进雷达和通信系统不断增加的需求,推动了RF GaN器件向更高频率、更大功率和更高可靠性发展。文章梳理了在该领域中GaN RF/微波HEMT、毫米波晶体管和单片微波集成电路(MMIC)、GaN器件空间应用可靠性和抗辐射加固等技术发展的脉络。在功率电子方面,对高效、绿色和智能化能源的需求拉动GaN功率电子、电源变换器向快速充电、高效和小型化方向发展。简述了应用于纯电动与混合动力电动汽车(EV/HEV)、工业制造、电信基础设施等场合的GaN功率器件的研发进展和商用情况。在数字计算特别是量子计算前沿,GaN是具有应用前景的技术之一。介绍了GaN计算和低温电子技术研究的几个亮点。总而言之,对GaN技术发展几大领域发展的最新趋势作了概括性描述,勾画出技术发展的粗略线条。
射频GaN GaN功率器件 数字电子的GaN GaN量子计算 GaN GaN RF GaN GaN power device GaN for digital electronics GaN quantum computing
中国电子科技集团公司第三十二研究所,上海 201800
光子在制备、传播和探测的过程中产生的损失极大地限制了玻色采样的量子计算优越性。为研究光学网络中光子损失对玻色采样结果的影响,基于Clements模型,通过马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法实现了4光子8模式的玻色采样模拟,并通过贝叶斯检验方法,对模拟获取的玻色采样结果和光子源处产生光子损失的玻色采样进行了区分。模拟结果表明,基于引入光子损失的光学网络,利用MCMC方法获取的采样结果均能有效通过贝叶斯检验。当MCMC采样样本之间的跳跃样本数增大,通过检验所需的样本数均逐渐减少并趋于稳定。而随着光学网络规模的增大,MCMC方法需要更大的跳跃样本数以达到快速通过贝叶斯检验的需求。通过MCMC方法成功模拟了光学网络中发生光子损失的玻色采样过程,为考虑误差的玻色采样研究提供了参考。
量子光学 玻色采样 光子损失 马尔可夫链蒙特卡罗方法 贝叶斯检验 量子计算 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2127002
1 北京理工大学物理学院量子技术研究中心 北京 100081
2 北京理工大学物理学院教育部高等光电量子结构与测量重点实验室 北京 100081
中心自旋不可避免地与周围核自旋发生相互作用, 发生退相干, 这也是量子信息和量子计算领域长久以来面临的严峻挑战之一。我们提出了一种可以完美且长久保持中心自旋量子位相干性的结构, 该结构由一个自旋-1/2中心自旋通过XXZ 型超精细相互作用耦合上一个由非均匀耦合相互作用的自旋链构成, 其在中心自旋为叠加态、浴自旋为反铁磁态为初态及浴内为较强耦合的情况下, 中心自旋可近似维持原有相干性, 进一步去除xy方向超精细耦合, 可完美保持相干性。中心自旋作量子位, 将此结构应用于量子计算, 或可实现无损耗量子计算。我们用浴自旋模拟环境, 应用基于XX 链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法, 系统地研究了环境对于中心自旋退相干动力学的影响, 着重研究了浴自旋间非均匀耦合影响下的中心自旋相干因子的动力学特性。在从最小到最大调控浴自旋间非均匀耦合过程中, 中心自旋相干动力学大致呈现出了六个阶段, 展现了丰富的量子动力学特性, 并为日后研究中心自旋动力学提供了两个重要参考标志: 相干因子的长时平均值的极值可以作为区分不同相的标志; 相干因子长时演化的平衡可以作为竞争平衡中耦合关系对等或之间的倍数关系的标志。
量子信息 量子计算 中心自旋模型 完全恢复相干 动力学 quantum information quantum computation central spin model completely recovered coherence dynamics
1 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室,光电研究所,极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
2 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
1981年,Caves教授首次提出“压缩态”的概念,并指出利用压缩态光场可以提高激光干涉引力波探测的灵敏度。在过去的四十年,压缩态光场不仅成功用于突破标准量子极限的引力波探测、位移测量、位相测量等量子精密测量领域,而且基于单模压缩态制备的双模压缩态和多组份纠缠态也在量子计算、量子通信等量子信息处理中扮演着重要的作用。本文简要介绍了压缩态光场的基本概念、制备、探测方法及其在量子精密测量、量子通信、量子计算中的应用进展。
量子光学 压缩态 纠缠态 量子精密测量 量子通信 量子计算 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100001