面向量子优越性的量子计算实验研究
发布时间：2020-03-30 05:23
【摘要】：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。
【图文】：
（Ｓｔａｔｅ邋Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）邋0逡逑更一般的，我们在布洛赫球１５１上表示量子比特的状态，便于我们直观的理解量子比特逡逑中所存储的信息。如图１－１所示，量子比特的状态有两个自由度逡逑Ｑ逦Ｑ逡逑＼ｉｐ）邋＝邋ｃｏｓ邋－邋＋邋ｓｉｎ邋－逦（１－２）逡逑其中０彡０彡ｔｔ，邋０彡￥邋＜邋２ｔｔ0逡逑量子态的演化遵循薛定谔方程逡逑ｉ－ｍ邋＝邋ｉｎ６＾－逦（ｉ－３）逡逑２逡逑
逦”中 逡逑Ｗ逡逑图２－２邋ＳＱＵＩＤ可以等效为一个可调节临界电流的单结。逡逑将两个约瑟夫森结并联就得到了邋ＳＱＵＩＤ邋（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋），逡逑跨过约瑟夫森结的相位差０受到外加磁场的调制，这导致了流过结的电流的相干性，使产逡逑生类似于光学中的干涉现象。如图２－２所示，，两个结构成了一个环路，跨过结的相位差不再逡逑互相独立，它们受到通过环内的外加磁通的约束也＋火＝邋２ｅ￥ｅ／／ｉ。令０＿二（也一也）／２，逡逑l矗ㄒ玻澹迹荆玻插澹藉澹澹ぃ澹臁Ｔ蛄鞴岬淖艿缌魑义希慑澹藉澹桑沐澹螅椋铄澹ǎ穑苠濉澹桑沐澹螅椋铄澹ǎ穑插义隙澹村澹螅椋睿ǎ埃澹遽辏撸╁澹澹剩沐澹螅椋睿ㄡ辏澹暌唬╁义希剑玻悖悖铮箦澹蓿蓿邋澹螅椋睿埃咤危ǎ玻常╁义希桢义仙鲜奖砻鳎颐强梢越樱眩眨桑目闯梢桓隽俳绲缌魇艿酵獯懦〉骺氐牡ソ幔导实缏分校义义希瑰义
本文编号：2607102
【图文】：
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