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在量子计算机上模拟材料动力学
量子计算机的一个备受期待的应用是作为量子多体系统的通用模拟器，正如理查德·费曼在 20 世纪 80 年代所推测的那样。过去十年，量子计算在模拟量子系统静态属性（即小分子的基态能量）方面取得了越来越多的成功。然而，在目前到不久的将来，在嘈杂的中型量子计算机上模拟量子多体动力学仍然是一个挑战。在这里，我们展示了在 IBM 的 Q16 Melbourne 量子处理器和 Rigetti 的 Aspen 量子处理器上成功模拟非平凡量子动力学；即通过原子厚度的二维材料中的太赫兹辐射对新兴磁性进行超快速控制。其中包括执行此类模拟的完整代码和分步教程，以降低未来对这两台量子计算机进行研究的门槛。因此，这项工作为在不久的将来的量子计算机上进行各种量子动力学的有前景的研究奠定了基础，包括弗洛凯态的动态局部化和噪声环境中量子比特的拓扑保护。
分子轨道洞察等离子体诱导的甲烷光解
摘要：等离子体诱导光催化是一种降低传统热分解温度的有效方法，已被用于甲烷脱氢。本文，我们利用时间相关密度泛函理论，通过分子轨道洞察，探讨了等离子体诱导甲烷在四面体 Ag 20 纳米粒子上解离的微观动力学机制。我们巧妙地通过 Hellmann-Feynman 力建立了化学键和分子轨道之间的关系。时间和能量分辨的光载流子分析表明，由于 Ag 纳米粒子和 CH 4 轨道的强杂化，在低激光强度下，从 Ag 纳米粒子到甲烷的间接热空穴转移主导光反应，而间接和直接电荷转移共存，促进甲烷在强激光场中的解离。我们的研究结果可用于设计新型甲烷光催化剂，并强调了分子轨道方法在吸附质-底物体系中的广阔前景。关键词：局域表面等离子体、甲烷脱氢、光载流子动力学、分子轨道洞察、实时时间相关密度泛函理论
Fredkin CSWAP 量子门的设计
Fredkin 门以物理学家 Edward Fredkin 的名字命名，他引入了可逆计算的概念，并为可逆逻辑门的发展做出了贡献。可逆门在量子计算中非常重要，因为它们可以保存信息，因此可用于构建信息不能丢失的量子电路。Fredkin 门，也称为受控交换 (CSWAP) 门，是量子计算和可逆计算中的三位可逆门。它对三位执行受控交换操作。如果第一位（控制位）设置为 1，Fredkin 门会交换第二位和第三位，如果控制位为 0，则保持不变。可逆逻辑也称为信息无损逻辑，因为嵌入在电路中的信息如果丢失可以恢复。人们设计和发明了许多可逆门。例如 Fredkin 门、Toffoli 门、Peres 门和 Feynman 门。可逆逻辑具有广泛的应用，被认为是未来技术之一。但逻辑电路设计基于不可逆的逻辑门。这些逻辑门有助于未来实现更高端的电路。本文尝试使用可逆门设计逻辑门，并设计了一些高端电路，例如二进制到灰度、灰度到二进制、加法器、减法器等。
IBM 对量子信息科学的 RFI 回应
Jerry M. Chow、Jay M. Gambetta、Mark Ritter 摘要 IBM 研究部门长期以来一直支持行业对量子信息科学 (QIS) 的追求。早在上世纪 80 年代初，IBM 就赞助了一次具有开创性的会议，在会上，Richard Feynman 讨论了利用量子力学为新一代计算机提供动力的可能性。从那时起，IBM 的主要成就包括首次演示量子密钥分发 (Bennett, Smolin 1989)、首次在 NMR 系统中实现 Shor 因式分解算法 (Almaden, 2001)，以及最近在可扩展的超导量子比特晶格中实现任意量子误差检测 (2015)。IBM 致力于推动采用量子纠错的容错量子计算，并为此积极与美国联邦政府合作。例如，TJ Watson 研究中心的 IBM 量子计算团队自 2010 年底以来一直致力于 IARPA 赞助的多量子比特相干操作计划，并将在有机会取得进一步进展时继续开展互补工作。这里我们介绍了我们对量子信息科学现状、该领域的应用以及我们对行业角色的愿景的一些想法。
IBM 对量子信息科学的 RFI 回应
Jerry M. Chow、Jay M. Gambetta、Mark Ritter 摘要 IBM 研究部门长期以来一直支持行业对量子信息科学 (QIS) 的追求。早在上世纪 80 年代初，IBM 就赞助了一次具有开创性的会议，在会上，Richard Feynman 讨论了利用量子力学为新一代计算机提供动力的可能性。从那时起，IBM 的主要成就包括首次演示量子密钥分发 (Bennett, Smolin 1989)、首次在 NMR 系统中实现 Shor 因式分解算法 (Almaden, 2001)，以及最近在可扩展的超导量子比特晶格中实现任意量子误差检测 (2015)。IBM 致力于推动采用量子纠错的容错量子计算，并为此积极与美国联邦政府合作。例如，TJ Watson 研究中心的 IBM 量子计算团队自 2010 年底以来一直致力于 IARPA 赞助的多量子比特相干操作计划，并将在有机会取得进一步进展时继续开展互补工作。这里我们介绍了我们对量子信息科学现状、该领域的应用以及我们对行业角色的愿景的一些想法。
量子信息科学导论讲稿
著名理论物理学家理查德费曼说过，量子力学的一切都可以用双缝实验来概括。在双缝实验中，你向带有两个窄缝的墙壁逐个发射光子。每个光子落在第二面墙上的哪个位置是概率性的。如果我们绘制光子在后墙上出现的位置，有些地方很有可能，有些则不然。在图 2.1 – 2.3 中，你可以看到显示基本实验设置以及使用光子进行单缝和双缝实验的结果的图表。请注意，屏幕上有些地方可能出现而有些地方不太可能出现，这本身并不是奇怪的部分：我们完全可以用某种理论来解释这一点，在这种理论中，每个光子都具有一些我们不知道的额外自由度（“RFID 标签”），这决定了它去往哪个方向。奇怪的是，对于第二面墙上的某个间隔：
劳伦斯伯克利国家实验室
量子计算机的一个备受期待的应用是作为量子多体系统的通用模拟器，正如理查德·费曼在 20 世纪 80 年代所推测的那样。过去十年，量子计算在模拟量子系统静态特性（即小分子的基态能量）方面取得了越来越多的成功。然而，在当前到不久的将来的嘈杂中型量子计算机上模拟量子多体动力学仍然是一个挑战。在这里，我们展示了在 IBM 的 Q16 Melbourne 量子处理器和 Rigetti 的 Aspen 量子处理器上成功模拟非平凡量子动力学；即通过原子厚度的二维材料中的 THz 辐射超快速控制新兴磁性。其中包括执行此类模拟的完整代码和分步教程，以降低未来对这两台量子计算机进行研究的门槛。因此，这项工作为近期量子计算机上各种量子动力学的有前景的研究奠定了基础，包括 Floquet 态的动态局部化和噪声环境中量子比特的拓扑保护。
量子力学中的逻辑熵和负概率
由 David Ellerman 在最近的一系列论文中引入。尽管数学公式本身并不新鲜，但 Ellerman 提供了 SL 的合理概率解释，作为给定集合上分区区别的度量。同样的公式在量子力学中被视为熵的有用定义，它与量子态的纯度概念相关。逻辑熵的二次形式有助于概括包含负值的概率，这一想法可以追溯到费曼和维格纳。在这里，我们根据逻辑熵的概念分析和重新解释负概率。在有限维空间中推导并讨论了逻辑熵的几个有趣的量子类属性。对于无限维空间（连续体），我们表明，在逻辑熵和总概率随时间保持不变的唯一假设下，可以得到概率密度的演化方程，该方程与相空间中 Wigner 函数的量子演化基本相同，至少在仅考虑动量变量时如此。这一结果表明，逻辑熵在建立量子物理的特殊规则方面发挥着深远的作用。
原始发表论文的引文（记录版本）：Skogh, M., Barucha-Dobrautz, W., Lolur, P. et al (2023). The electronic density: a fideli
在本研究中，我们展示了如何使用量子计算来评估分子的电子密度。我们还认为电子密度可以成为未来量子计算的有力验证工具，而传统量子化学可能无法解决这一问题。电子密度研究是化学、物理学和材料科学等多个领域的核心。霍恩伯格-科恩定理规定，电子密度唯一地定义了电子系统的基态特性。1通过赫尔曼-费曼定理，2电子密度提供了分子内作用力的信息。3,4作为物理科学中信息最丰富的可观测量之一，5-10密度为密度泛函理论 (DFT) 奠定了基础，DFT 是一种预测多电子系统特性的形式化方法。11由于实验是真理的仲裁者，所以责任通常落在电子密度上。重要的是，电子密度可以通过细化X射线衍射和散射数据来重建，9例如使用多极模型、5-8、10X射线约束波函数12或最大熵方法。13我们工作的一个动机是
IBM 对量子信息科学的 RFI 回应
Jerry M. Chow、Jay M. Gambetta、Mark Ritter 摘要 IBM 研究部门长期以来一直支持行业对量子信息科学 (QIS) 的追求。早在上世纪 80 年代初，IBM 就赞助了一次具有开创性的会议，在会上，Richard Feynman 讨论了利用量子力学为新一代计算机提供动力的可能性。从那时起，IBM 的主要成就包括首次演示量子密钥分发 (Bennett, Smolin 1989)、首次在 NMR 系统中实现 Shor 因式分解算法 (Almaden, 2001)，以及最近在可扩展的超导量子比特晶格中实现任意量子误差检测 (2015)。IBM 致力于推动采用量子纠错的容错量子计算，并为此积极与美国联邦政府合作。例如，TJ Watson 研究中心的 IBM 量子计算团队自 2010 年底以来一直致力于 IARPA 赞助的多量子比特相干操作计划，并将在有机会取得进一步进展时继续开展互补工作。这里我们介绍了我们对量子信息科学现状、该领域的应用以及我们对行业角色的愿景的一些想法。