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量子强化学习
多年来，人类一直在寻求以最高效的方式解决问题的方法。为此，人们主要利用了计算与物理学之间的内在联系。例如，兰道尔原理 [1]，它揭示了热力学与信息之间的关系 [2]。同样，它催生了晶体管、微处理器以及最终的数字计算机 [3] 等发明。迄今为止，计算机已被用于解决和优化各种流程。考虑到这一点，要解决某些问题，例如天气预报 [4]，首先需要对其进行模拟 [5]。然而，我们不要忘记，我们生活在一个量子世界；因此，为了尽可能准确地进行模拟，在具有同样性质的计算机上进行模拟将是最合适的 [6]。正因如此，基于这一理念，以及计算机科学领域的改进和发展，例如 GPU 或先进的数据压缩方法 [7]，如今人们对量子计算 (QC) 以及人工智能 (AI) 或机器学习 (ML) 等相关技术议论纷纷。我们几乎不可能不注意到机器学习，因为它几乎应用于我们能想到的任何领域，正成为我们日常生活中一个活跃且不可或缺的部分 [8]，广泛应用于工程、医学和科学等诸多领域。
IEEE 信息理论学会
Charles H. Bennett 出生于 1943 年，父母都是音乐老师。1971 年，他在 David Turnbull 的指导下从哈佛大学获得博士学位，并在 Aneesur Rahman 的指导下在阿贡实验室做博士后。自 1972 年加入 IBM 研究部以来，他一直致力于物理学与信息之间关系的各个方面。1973 年，在 IBM 的 Rolf Landauer 的工作基础上，他证明了通用计算可以通过逻辑和热力学可逆设备执行，该设备可以以任意小的能量耗散运行，因为它避免丢弃有关过去逻辑状态的信息。基于此，他提出了目前公认的麦克斯韦妖悖论解决方案，将妖无法违反第二定律归因于信息破坏（而不是获取）的热力学成本。这并不是一项新发现，而是对斯莫鲁霍夫斯基 1914 年对恶魔的正确分析的重新确认，由于对量子力学和热力学约束测量的不同方式的混淆，该分析在此期间已被部分遗忘。在其他早期工作中，贝内特引入了复杂性度量“逻辑深度”——从几乎不可压缩的算法描述计算数字对象所需的计算时间——并研究了耗散在改进遗传信息复制和绝对稳定局部相互作用系统状态方面的作用，如果没有耗散，这些系统将只是亚稳态。
辐射检查科环境监测摘要
该文件包括每个设施的每个监测点收集的数据。数据的呈现方式与过去相同。为了减少数据输入所需的空间，检测限未包含在数据中。附录中列出了各种介质、几何形状和放射性核素的预期检测限。其中包括设施地图，但省略了一些细节。有关各个设施的具体信息可在许可证文件中找到。本年度报告和以前年度报告的删节版可在以下网址找到：https://www.dshs.state.tx.us/radiation/ram/environmental-monitoring.aspx 所有环境介质（即土壤、空气、水、植被和污水）的分析均由德克萨斯州卫生服务部 (DSHS) 实验室服务科执行。实验室服务科运营着一个功能强大的放射化学项目。目前，环境科学部门参与了由美国能源部 (USDOE) 赞助的一项计划，称为能源部实验室认证计划。它是由美国能源部开发的，目的是为美国能源部承包商提供质量保证和控制。实验室服务部门在这些“交叉检查”中的最新表现结果可在本文件的附录中找到。Landauer, Inc. 对具有中子源的设施进行光释光 (OSL) 读数。每个日历季度交换和读取大约 200 个 OSL。除科曼奇峰核电站、南德克萨斯项目和 Pantex 外，所有站点读数都会减去背景。这三个位置的背景不会被减去，因为读数识别的是环境剂量。
量子力学中的麦克斯韦妖
摘要：麦克斯韦妖是 JC 麦克斯韦于 1867 年设计的一项思想实验，目的是证明热力学第二定律不具有普遍性，因为它有一个反例。由于许多人认为第二定律提供了时间之箭，对其普遍性的威胁也威胁着时间方向性的解释。多年来，人们通过证明由于这样或那样的原因麦克斯韦妖不可能存在来“驱除”麦克斯韦妖，但无一成功。我们已（在许多出版物中）通过一般的状态空间论证证明麦克斯韦妖与经典力学兼容，而基于兰道尔论文的最新解决方案并不具有普遍性。在本文中，我们证明麦克斯韦妖也与量子力学兼容。我们通过分析一个特定的（但高度理想化的）实验装置并证明它违反第二定律来做到这一点。我们的讨论是在标准量子力学的框架内进行的；我们在有和没有投影假设的量子力学框架中给出了两个独立的论证。我们在分析中讨论了测量和擦除相互作用之间的联系，并展示了这些概念如何应用于微观量子力学结构。我们讨论了经典“宏观状态”概念的量子力学对应物，从而解释了为什么我们的量子恶魔设置不仅在微观层面上有效，而且在宏观层面上也有效，这是正确理解的。我们的分析的一个含义是，第二定律不能为时间箭头的解释提供普遍的类似定律的基础；这个解释必须在别处寻找。
可擦除量子存储器和全息系统中的量子零能量条件
研究在有限温度下存储量子信息且尽量减少主动纠错需求的原理是一个活跃的研究领域。我们在二维全息共形场论中通过量子零能量条件来研究这个问题，我们之前已经展示了量子热力学对这种多体系统施加的限制。我们研究了将逻辑量子比特显式编码为有限温度背景下有限冯·诺依曼熵的两个相似手性传播激发，其擦除可以通过来自无限能量无记忆浴的适当的非均匀和瞬时能量动量流入来实现，从而使系统转变为热状态。全息地，这些快速擦除过程可以用前面描述的广义 AdS-Vaidya 几何来描述，其中不需要假设特定形式的块体物质。我们表明，量子零能量条件给出了删除所需的最小有限温度的分析结果，该温度大于初始背景温度，与 Landauer 原理一致。具体来说，我们找到了擦除大量编码量子比特所需的最低最终温度的简单表达式。我们还发现，如果编码量子比特的局部化间隔短于特定的局部化长度，则快速擦除过程是不可能的，而且对于由中心电荷决定的最佳编码量子比特数量，此局部化长度是最大的。我们估计了针对快速擦除的现实保护的最佳编码量子比特。我们讨论了我们的研究对在有限温度下运行的新型容错量子门结构的可能推广。
量子信息与计算
为什么要将量子力学与计算和信息理论结合起来？首先，什么是信息，什么是计算？在经典语境中，信息以布尔变量字符串（“位”）的形式存在，计算是通过规定的步骤序列（“程序”）更新字符串的过程，它通过基本布尔运算（“门”）来实现，如 AND、OR、NOT、SWAP 等，其特性是每一步都需要固定的努力来执行，与字符串的长度无关。但位究竟是什么？除了作为布尔变量的存储单位外，它还具有我们可以通过区分物理状态（电子电荷等）来识别其所代表的变量的特性。正如 R. Landauer 所说，“没有表示就没有信息”。因此，我们得出了一个令人震惊的结论，即计算（和信息处理）必须对应于表示信息的系统的物理演化。因此，信息存储、通信和处理的所有可能性和局限性都必须以物理定律为基础——由于许多原因，这种观点并不十分流行，但有一定依据。但当然，量子物理学与经典物理学截然不同。原则上，量子计算机确实无法计算经典计算机上无法计算的任何东西。原因很简单：我们可以用经典计算机模拟薛定谔方程，因此可以模拟任何量子系统——无论需要多长时间。尽管如此，当我们将量子思想引入计算的“物理系统演化”时，我们仍然可以实现比经典计算更多的目标。首先，量子计算机提供了更强大的计算能力，无论是在计算某些对象所需的空间还是时间上。例如，考虑以下任务：给定一个整数 N（n = O（log N）位），我们希望快速找到它的一个因子，即算法在多项式时间内运行，即计算它所需的时间受“输入大小”n 的多项式的限制。可以使用明显的试除法算法，直到√
原子和分子连接中的量子闪烁噪声
闪烁噪声通常被视为本质上最普遍的噪音（参见，例如，参考文献。[1 - 4]）。它也可以实现实验性访问并进行了广泛的研究。然而，实际上，射击噪声是用于量子传输和相关多体效应的基本表征的主要噪声。这是由于其相对小信号所涉及的射击噪声所涉及的挑战。具体而言，量子相干调节器中电子电导和射击测量的组合已被广泛用于提取有关量子传输的信息。例如，这种测量在分析分数量子霍尔效应[5,6]，近距效应[7,8]，自旋极化的量子传输[9-14]，电子 - phonon相互作用[15-18]中起着核心作用，并在揭示了局部原子结构对原子质和分子的影响方面[19-14]电子射击噪声是信息的有用来源，因为它取决于传输通道的分布，这决定了Landauer形式主义框架中的量子传输[25]。对于ev≫k b t，[12,25] ssn¼2eif给出了射击噪声在传输通道上的功率谱密度的依赖性，其中f¼½piτiτið1 -τið1 -τi= p iτi是fano因子是fano因子，并且τi是i th ins of the th ins of the th频道的传输可能性（ Boltzmann的因子；考虑电导G对传输通道的明显依赖性[25]，g¼g0 piτi，其中g0¼2e 2 = h是电导量子（H，Planck的常数），射击噪声和电导可以提供有关量子轴承中传输通道分布的信息，并允许多个量子相互作用的探索量量的量化量。
可能实现的量子计算机
技术进步开始将一个以前只是学术性的问题变为现实：计算的基本物理极限是什么？兰道尔的结论 (1) 是，唯一必然需要耗散的逻辑运算是不可逆运算，这一结论促成了可逆、无耗散逻辑器件的设计 (2)，促成了仅使用可逆逻辑即可进行计算的发现 (3-4)，并促成了计算机的提案，在计算机中，比特（信息的基本量子）由真正的量子力学量子（如自旋）记录 (5-10)。到目前为止，量子力学计算机的提案依赖于“设计汉密尔顿算子”，这些算子是专门为允许计算而构建的，不一定与任何物理系统相对应。相比之下，本报告提出了一类实际上可能可构建的量子计算机。拟议的计算机由弱耦合量子系统阵列组成。计算是通过将阵列置于电磁脉冲序列中来实现的，这些脉冲序列会在局部定义的量子态之间引起跃迁。例如，在一维空间中，计算机可能由聚合物中的局部电子态组成；在二维空间中，计算机可能由半导体中的量子点组成；在三维空间中，计算机可能由晶格中的核自旋组成。在兰道尔极限下运行，只需要耗散即可进行纠错，这里详述的系统是 Deutsch 设想的真正的量子计算机 (6)：位可以放置在 0 和 1 的叠加中，量子不确定性可用于生成随机数，并且可以创建表现出纯量子力学相关性的状态 (5-10)。利用量子效应构建分子级计算机的想法并不新鲜 (11-13)。这里详述的提议依赖于共振的选择性驱动，这是 Haddon 和 Stillinger (11) 用来在分子中诱导逻辑的方法，
使用 HNG 门设计全加器的量子电路
摘要 — 在低功耗方面，可逆逻辑电路与现有电路相比具有优势，是未来计算机设计的一个不错选择。在可逆门的特性中，输入和输出之间的相等性，即通过保存奇偶校验，包含这些门的电路具有相同的属性。在本文中，我们将以最近对全加器设计的研究为基础，对其进行修改并取得更好的结果。关键词 — 量子成本、垃圾输出数、门数、延迟、硬件复杂度 I. 引言 近年来，集成电路制造技术取得了长足的发展[1]。根据兰道尔定律[2]，每个丢失的位都会产生一定量的热量 KTLn2，为了避免这种耗散，我们将使用量子计算[3]和可逆计算[4]，即使用相同类型（可逆）的门。在本文中，我们将根据最近的一项研究 [5] 修改 FULL ADDER 电路，同时保持相同的功能并改进以下特性：门数、硬件复杂度、量子成本、延迟和垃圾输出数。HNG [4] 是我们的主要可逆门，我们将根据最近的研究使用它来设计一个 FULL ADDER，以提高该电路的性能。二、可逆门及其性能标准A.可逆门在可逆门中，输入的数量等于输出的数量，此外每个输入向量都有一个唯一的输出向量，n 是（输入和输出的数量）那么我们的门被称为 n*n 可逆门。计算机模式下的可逆性意味着在状态级别不计算任何信息。任何先前的步骤都可以通过进行逆计算来完成，这是逻辑可逆性 [4] 的目的，它必须与物理可逆性相结合，以防止任何以加热形式损失的能量。下面我们给出本文涉及的一些逻辑可逆门。B. 使用的可逆门 1）新门：可逆门 NG 3 * 3 Fig1[4]，由其量子实现图 2 [4] 给出，从中可以看出其量子成本为 11。
熵和信息 - James Wills
熵是一个非常多面的物理量。从热力学开始，相关概念已被引入许多不同的领域，如统计力学、信息论、动力系统理论、计算理论和量子理论。学术界对信息的兴趣在过去几十年中也日益增长，并被广泛认为在我们理解世界和我们与世界的关系中发挥着至关重要的作用。随着这两个概念的并行发展，它们的相互联系有望揭示出关于世界的有趣和令人惊讶的事情。本文将探讨熵和信息的一些主要主题以及它们之间联系的各种性质。本文采用准历史方法来研究这个主题，追溯这两个概念在不同时间的起源、发展和交集。因此，我们先从热力学中的熵，即其原始化身开始，然后再讨论统计力学中的熵（玻尔兹曼和吉布斯）。人们试图用分子的微观力学来简化或解释宏观热力学行为，这导致了统计力学中熵的各种定义。正是在这里，熵与信息的联系首次显现出来。然后我们继续讨论香农信息，这是通信理论中一个精确定义的数学量，它与统计力学中的熵在形式和概念上有很大相似之处。直到通信理论为我们提供了精确的信息数学表征之前，所使用的信息概念一直是粗略的、普通的语言意义上的信息，即我们学习的东西或我们用来增加知识的东西。因此，通过香农信息度量，我们能够真正评估熵和信息之间精确的形式和概念联系。埃德温·杰恩斯 (Edwin Jaynes) 对这个项目做出了重大贡献，他提出了一种看待经典统计力学的新方法，以香农信息为基础。20 世纪 60 年代，罗尔夫·兰道尔 (Rolf Landauer) 在计算理论的背景下提出了这方面的进一步发展。他提出，计算机在处理信息时不可避免地会产生熵。本文最后总结了更多现代和当前的研究课题，探索了量子理论和量子计算中的熵和信息。