解决电子结构问题代表了量子计算机的一个有前途的应用领域。目前,人们投入了大量精力设计和优化近期量子处理器的量子算法,目的是使用有限的量子资源在选定的问题实例上超越经典算法。这些方法仍有望具有防止大规模和批量系统量子模拟的运行时间。在这项工作中,我们提出了一种策略,使用在量子模拟数据上训练的机器学习潜能将量子计算方法的范围扩展到大规模模拟。在当今的量子环境中应用机器学习潜能的挑战来自于影响电子能量和力的量子计算的几种噪声源。我们研究了选择各种噪声源的机器学习潜能的可训练性:统计、优化和硬件噪声。最后,我们从实际 IBM Quantum 处理器上计算的氢分子数据构建了第一个机器学习潜能。这已经使我们能够执行任意长且稳定的分子动力学模拟,优于所有当前分子动力学和结构优化的量子方法。
我们建议使用二维 Penning 阱阵列作为量子模拟和量子计算的可扩展平台,以捕获原子离子。这种方法涉及将定义静态电四极子位置的微结构电极阵列放置在磁场中,每个位置捕获单个离子并通过库仑相互作用与相邻离子耦合。我们求解此类阵列中离子运动的正常模式,并推导出即使在存在陷阱缺陷的情况下也能实现稳定运动的广义多离子不变定理。我们使用这些技术来研究在固定离子晶格中进行量子模拟和量子计算的可行性。在均匀阵列中,我们表明可以实现足够密集的阵列,轴向、磁控管和回旋加速器运动表现出离子间偶极耦合,其速率明显高于预期的退相干。通过添加激光场,这些可以实现可调范围的相互作用自旋汉密尔顿量。我们还展示了局部电位控制如何隔离固定阵列中的少量离子,并可用于实现高保真门。使用静态捕获场意味着我们的方法不受系统尺寸增加时的功率要求限制,从而消除了标准射频陷阱中存在的重大缩放挑战。因此,这里提供的架构和方法似乎为捕获离子量子计算开辟了一条道路,以实现容错规模的设备。
适应性免疫通过调节抗原特异性反应,炎症信号传导和抗体产生,在动脉粥样硬化的发病机理中起着重要作用。但是,随着年龄的增长,我们的免疫系统经历了逐渐的功能下降,这种现象称为“免疫衰老”。这种下降的特征是增生性幼稚的B和T细胞的减少,B和T细胞受体库库减少,以及相关的分泌性分泌性疾病。此外,衰老会影响生发中心的反应,并恶化次级淋巴器官功能和结构,从而导致T-B细胞动力学受损并增加自身抗体的产生。在这篇综述中,我们将剖析衰老对适应性免疫的影响以及与年龄相关的B-和T细胞在动脉粥样硬化发病机理中所起的作用,强调需要针对与年龄相关的免疫功能障碍的干预措施,以减少心血管疾病风险。
概率效应。................................................................................................................................................ 88 Figure 8.2: (a) Arrangement of physical qubits for the surface code.数据量子位显示为空心圆,测量值作为实心圆圈。分别在十字架末端的绿色和黄色表示Z和X稳定器的测量值。在边界上,稳定器的测量仅包括三个数据量量,由截断的十字表示。(b)Z稳定器测量的电路图。身份以补偿(C)X稳定器测量中的Hadamards。对于所有稳定器,同时执行每个步骤。沿阵列的所有Z和X稳定器的一轮此类电路对应于一个综合征测量框,如图7.1所示。在美国物理社会的[FMMC12]版权所有(2012年)的许可后重印数字。”........................................................................... 91 Figure 8.3: Performance below threshold for the surface code for distances 3,5,7,9,11,15,25,35,45 and 55.对于距离3,5和7,二次,立方和四分位拟合曲线显示为虚线。它们仅近似于低物理错误率p [FDJ13]的实际曲线。经Macmillan Publishers Ltd的许可转载:科学报告(A. G. Fowler,S。J。Devitt和C. Jones,Sci。Rep。,3(1),2013年。 ),版权(2013年)。 “经[M. H. Amin。的许可重印数字 物理。Rep。,3(1),2013年。),版权(2013年)。“经[M. H. Amin。物理。..................... 93 Figure 8.4: Another two threshold plots indicating the threshold at the crossing of the different lines............... 97 Figure 9.1: Sketch of total time until the ground state is found with desired probability as a function of the problem size.虚线显示了每轮运行时间TF的几个固定值的性能。蓝线显示了最佳结果,如果为每个问题大小分别优化了运行时间TF,则达到了最佳结果。用固定的TF测量(例如,由于退火设备的局限性)时,测得的曲线(红色)的斜率可能表示错误的行为:对于小N,斜率低于最佳(可能在没有的地方伪造速度),对于大N,对于大n,斜率高于最佳(可能掩盖了可能存在的加速速度)。修订版A,92(5):052323,2015。]版权所有(2015年),美国物理社会。”................................................................................ 108 Figure 11.1: Number of qubits in GHZ state that have been realized experimentally.Mario Krenn博士批准了该数字的用法,并取自[KRE22]。........................................................................................ 123 Figure 15.1: Three-dimensional space-time lattice of syndrome measurement outcomes.一个水平层对应于一轮综合征测量,其中符号表示结果。红线显示了发生测量结果的改变。错误链导致进一步分开的符号变化对[FMMC12]。数据QUBIT的一个误差(X或Z)导致空间维度的一对符号变化,而中间的数据QUBIT位于中间,测量值的单个误差会导致一个在时间维度上的误差,并且在两个更改之间发生错误的误差(M)。“在美国物理社会的[FMMC12]版权所有(2012年)的允许下转载数字。”................................................................. 168 Figure 15.2: Implementation of logical qubits: (a) Double Z-cut qubit, (b) double X-cut qubit.逻辑运算符XL(ZL)由沿蓝色(红色)线的物理Qubit上的X(Z)操作组成[FMMC12]。在美国物理社会的[FMMC12]版权所有(2012年)的允许下转载数字。............ 169 Figure 15.3: Schematic protocol for creating and initializing a double X-cut qubit in a logical Z eigenstate.mz表示z的测量值,| g⟩表示基态以基态数据量的初始化[FMMC12]。“经。在美国物理社会的[FMMC12]版权所有(2012年)的允许下转载数字。.............................................................................................................. 170 Figure 15.4: (a) Circuit diagram for a logical CNOT operation between two double Z-cut qubits, mediated by a double X-cut qubit.在此过程中,测量目标量子位,并以|+⟩初始化了新的双z切割量子标式,以取代目标值。在初始化或测量量子线时,对应于同一量子的两个孔的两条线。(b)描述执行三个CNOT步骤的孔的编织的描述:每个双Z(x) - cut量子值以一对黑色(蓝色)线表示,其中沿x轴显示孔的孔的移动。(c)简化编织的表示形式,仅作为栅极的中间工具显示双X-Cut值。实际上,双Z切量盘根本不需要移动,并且可以在测得的旧目标的位置初始化新的目标量子定位。(d) - (f)在两个双X切位数之间间接cnot的等效表示。[FMMC12]在美国物理社会的[FMMC12]版权所有(2012年)的许可下重印了数字。............................................................................................. 171 Figure 15.5: Implementation of S (top) and T (bottom) gate on the input state |分别具有魔术状态| y⟩和| a⟩。在最新版本中,也可以在没有最终的Hadamard门的情况下执行S门,并在经典控制中携带副产品运算符[GF17]。t门还需要一个条件的门来纠正其非确定性。决定是否执行其他S
● 量子比特 - 量子信息的基本单位,是经典二进制比特的量子版本。它可以存在于叠加态 - 0 到 1 之间的任何状态 ● 量子比特保真度 - 量子比特保持相干/可操作的时间 ● 量子效应 - 叠加、干涉和纠缠 ● NISQ - 嘈杂的中尺度量子技术,通常指现代非常嘈杂的量子计算机 ● QASM - 用于编程量子计算机的量子组装 ● 量子霸权 - 证明可编程量子设备可以解决经典计算机无法在任何可行时间内解决的问题(任何问题) ● 量子优势 - 与霸权相同,但用于有用的应用
张量网络方法已从基于基于基质产物状态的变异技术进行了发展,能够计算一维冷凝的晶格模型的特性到源自更精致状态的方法,例如旨在模拟二维模型物理学的预测纠缠对状态。在这项工作中,我们提倡范式,即对于二维费米子模型,矩阵 - 产品态仍然适用于比直接嵌入一维系统允许的明显更高的精度水平。为此,我们利用了费米子模式转换的方案,并克服了一维嵌入需要是局部的偏见。这种方法认真对待洞察力,即对矩阵态的多种形式和模式转换的单一多种流形,可以更准确地捕获自然相关结构。通过证明新兴模式中残留的低水平纠缠水平,我们表明矩阵态可以很好地描述基态。通过研究晶格尺寸的无旋转费用的相变高达10×10,该方法的功率被例证了。
可以肯定地说,当今的计算机比70年前的计算机快得多。与现在的标准相比,当时的计算机很大,沉重,容量和处理速度非常有限。我们可以将量子计算机视为同一状态,就像一种仍然昂贵,笨重且具有许多研究潜力的新兴技术
在这项工作中,我们使用噪声中尺度量子 (NISQ) 框架,获得了 Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 哈密顿量的间隙。这可能会对超导研究产生有趣的影响。对于这样的任务,我们选择使用变分量子压缩并分析在当前量子硬件上找到能谱所需的硬件限制。我们还比较了两种不同类型的经典优化器,即线性近似约束优化 (COBYLA) 和同时扰动随机近似 (SPSA),并研究在实际设备中使用模拟时噪声存在引起的退相干的影响。我们将我们的方法应用于具有 2 和 5 个量子比特的示例。此外,我们展示了如何在一个标准差内近似间隙,即使存在噪声。
