无消相干子空间中非绝热和乐量子计算的核磁共振实验实现

论文摘要

经过30多年发展,基于量子力学基本原理的量子计算取得长足进步,人们普遍相信量子计算对一些问题的处理速度远超经典计算机。但一直以来,量子计算的物理实现存在两个重要的阻碍,一个是量子系统与环境相互作用使量子系统消相干,量子信息丢失。另一个是量子操控的不完美性导致量子计算过程出错。本文针对“实际量子计算中如何对抗环境噪声和操控误差”这一关键性问题展开研究,内容包括以下两个方面:·研究了一种用混合么正操作结果相加实现非幺正过程的么正通道模型,并设计了可行性实验方案,为开放体系特性的研究提供了一种简单可控的手段。·实验实现编码在无消相干子空间的非绝热和乐量子逻辑门。该方案结合了无消相干子空间(DFS)编码的容错性和几何相的操作鲁棒性,给出了 DFS中单环和组合形式非绝热和乐量子计算门的构造,在核磁共振量子寄存器中实验实现了单环和组合形式单比特非绝热和乐量子计算门和纠缠门,并利用量子过程层析技术对单量子比特和乐量子门进行了鲁棒性测试,充分显示了组合形式和乐量子门的优势。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章量子计算简介

1.1 计算机和量子力学

1.2 量子计算基本概念

1.2.1 量子比特

1.2.2 密度矩阵

1.2.3 量子逻辑门

1.2.4 量子测量

1.3 量子计算的物理实现

1.4 小结

第二章核磁共振量子计算

2.1 核磁共振基本原理

2.1.1 系统内部哈密顿量

2.1.2 热平衡态

2.1.3 射频场作用

2.1.4 信号测量

2.1.5 系统中的弛豫

2.2 基于核磁共振体系的量子计算

2.2.1 量子比特实现

2.2.2 核磁共振系统初始化

2.2.3 量子逻辑门实现

2.2.4 核磁共振系统层析

2.3 本章小结

第三章量子通道及Mixed幺正通道模拟

3.1 量子通道

3.1.1 量子通道简介

3.1.2 Kruas算子表示

3.1.3 Mixed幺正通道

3.2 噪声通道

3.2.1 退极化噪声

3.2.2 相位阻尼噪声

3.2.3 振幅阻尼噪声

3.3 Mixed幺正通道模拟

3.3.1 Mixed幺正通道算法

3.3.2 振幅阻尼噪声的Mixed幺正通道模拟

3.3.3 实验方案

3.4 本章小结

第四章无消相干子空间中的非绝热和乐量子计算

4.1 背景介绍

4.2 理论介绍

4.2.1 和乐量子计算

4.2.2 无消相干子空间

4.2.3 DFS-NHQC

4.3 核磁共振实验实现

4.3.1 量子寄存器

4.3.2 实验过程

4.3.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱振南

导师: 彭新华

关键词: 核磁共振,无消相干子空间,非绝热和乐量子计算,量子通道,开放体系

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机硬件技术

单位: 中国科学技术大学

分类号: TP38;O482.532

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000336

总页数: 81

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