基于超导量子比特的量子模拟

发布时间：2024-02-02 18:01

　　量子计算是一种可以超越经典计算能力的计算模型,基于其量子力学特性,在特定场景下能显现量子加速能力。量子计算机的概念从上世纪80年代就被提出来,至今已经过去三十多年,依然处于襁褓期,而要实现真正意义上的通用量子计算机可能还需要更长时间的努力。量子计算之所以困难是因为量子系统非常脆弱,由于量子系统拥有的能量在单量子水平,环境中无处不在的扰动都极有可能破坏量子态使其失去量子特性。尽管如此,由于量子计算机可能产生的颠覆性价值,多国政府、高校和诸如谷歌、微软、IBM等高科技公司都在量子计算的研发投入了大量资源。虽然现阶段的技术条件离实现通用量子计算还比较遥远,但是针对小规模多粒子体系的量子模拟是现阶段技术水平有可能实现的。当可控粒子数达到五十以上时,量子模拟机可以完成目前的超级计算机都很难应付的模拟应用。本文主要介绍我们建立了一个超导量子比特的实验平台,随后基于该平台对两类有代表性的凝聚态物理问题的初步的模拟实验展示。前两章简单介绍了量子计算机的基本概念和我们的实验系统。第三章介绍了我们使用超导相位量子比特和Xmon量子比特模拟了凝聚态物理中的任意子分数统计行为。实验使用了由谐振腔耦合的多比特超...

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【部分图文】：

图５－１样品结构和实验设置

５基于超导比特的量子模拟??实验是通过监控一个有序的初态在相互作用的哈密顿量中的演化来得到多体局域的特??征表现。我们用图５－１?（ｂ）描述实验的波形序列。通过微波驱动的把比特制备到直积态??｜办）〉＝丨０１０１０１０皿〉。为了避免比特驱动的相互串扰，初态制备时比特的分布在不同的....

图１－１量子比特的布洛赫球表示

｜?屯〉＝ｃｏｓ》０〉＋?ｅ地?ｓｉｎ－｜ｌ〉?（１－２）??使用几何表示，单比特量子态就是半径为１的球面上的点，这个球叫做布洛赫球，如图１－１所??不。??对于Ｎ个比特的系统，经典比特可以处在Ｎ（０．．．００，０．．．０１，０．．．１０，ｌ．．．ｌｌ）个态中的某一．个??上，比....

图１－２?—组通用量子门组

我们可以使用构建经典计算机同样的思路，首先使用量子比特构建量子逻辑门。??实际上，我们仅仅需要单比特量子门加上一个两比特的受控非门（ＣＮＯＴ门）就可以组成??通用量子计算门，实现Ｎ量子比特系统上的任意门操作，如图１－２给出了一组通用量子逻辑??门。因此任意对量子比特系统的操作都可....

图１－３不同量子计算物理系统的比较

除了以上提到的三种量子计算系统外还有其他很多系统，比如基于金刚石空缺的ＮＶ??色心、液体核磁共振系统（ＮＭＲ）以及拓扑量子计算等。以上提到的各种用于量子计算的??物理体系的特点可以由图１－３得到对比。任何系统都没有绝对的优劣，只是相对权衡了不同??的方面。当我们使用比特的尺寸去进....

本文编号：3892930