对于广大读者来说,我简要回顾一下这段“量子”之旅可能会有所帮助,因为大众媒体经常给人一种感觉,认为 QST 是突然发生的。我必须消除这种印象或信念。量子力学或量子物理学诞生于一百多年前,目的是解释某些似乎是“异常”的现象,根据当时已经获得非常强大结构的古典物理学定律和原理。从马克斯·普朗克的假设开始,量子物理学背后的基本理论原理大约在 20 世纪前 25 年建立起来,薛定谔、海森堡、马克斯·玻恩、尼尔斯·玻尔、狄拉克、冯·诺依曼、爱因斯坦、我们自己的 S.N. 做出了里程碑式的贡献。玻色、泡利、费米和其他几个人。结果表明,自然界在分子、原子和亚原子尺度上按照量子力学定律和原理运行;在日常宏观尺度上则按照经典力学运行。在原子和亚原子尺度上,物质的行为方式与我们日常经验完全相反,但量子力学的预测已被非常仔细和极其精确的实验证明是正确的。所有这些的顶峰就是粒子物理学的标准模型,它似乎解释了我们迄今为止在原子或亚原子领域观察到的一切。通过大量物理学家的持续和杰出贡献,还确定了单个原子和分子在聚集形成宏观系统(如我们熟悉的各种材料)时显然会失去其“个体量子特征”。
量子状态之间最突出的可区分性指标是痕量距离,量子填充性和量子相对熵,并且它们都具有单位不变的特性[1-3]。该特性的基本结果是,具有正交支撑的任何两个量子状态之间的距离始终是最大的。但是,此属性并不总是可取的。对于某些应用,自然可以使用状态| 0⟩n更接近| 1 | 0⟩(n -1)比| 1⟩n。某些理想的特性可以恢复规范基础向量的锤距,以及对输入状态上局部扰动的更一般性。这样的距离可能会为von Neumann熵提供更好的连续性边界,因为von Neumann熵在局部扰动上也很强。尤其是,一个量子器上的任何操作最多都可以通过LN 4更改状态的熵,这不取决于量子数的数量。因此,在此操作后,具有初始熵o(n)的N量状状态的熵保持O(n)。但是,这种连续性属性无法通过任何单位不变的可区分性措施来捕获,因为单位操作可以将初始状态带入正交状态,从而导致单位不变的度量的最大可能更改。在度量空间上的经典概率分布的设置中,源自最佳质量运输理论的距离已成为上面特性的突出距离。他们的探索导致在数学分析中创造了极其富有成果的领域,其应用范围从不同的几何形状和部分差异方程式到机器学习[4-6]。给定两个质量或概率分布在度量空间上,并且给定指标空间的每个点之间移动单位质量的成本,最佳的质量传输理论为每个计划分配了将第一个分布运送到第二个分布的计划。在所有可能的运输计划中,最低成本定义了分布之间的最佳运输距离[4]。成本函数最突出的选择之一是公制空间上的距离,从而导致订单1的Wasserstein距离或W 1距离。
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抽象的大规模量子计算机有望超越常规计算机。特别是,超导量子计算机的发展正在加速,其规模迅速增加。为了意识到大规模超导量子计算机已经通过工程方法解决了一些需要解决的问题。微波技术被广泛用于超导量子计算机中,并且在许多领域,微波工程师可以发挥积极作用。在本讲座中,将描述量子力学,量子计算机理论的基本原理以及超导量子计算机的实际应用,目的是为观众提供量子计算机的“工程直觉图像”,假设是微波工程师的常识。