世纪,在量子级别上开发有效的工具是相当多的,以提高数据的确定性和互操作性。量子计算机以量子力学为基本的原理,即使我们正处于开发的开始,仍然有望带来惊喜。Quantum计算机是唯一可以实现指数加速经典compoter的计算模型。量子计算机当前面临的主要挑战包括增加或减少给定系统的量子数量,同时管理以保留量置的属性和量子系统的纠缠状态,以通过适当的量子算法执行数据操作。在本文中,我们将概述量子计算机,将描述加密的演变以及与量子计算机的计算性能,效率和预测性建模有关的理论。原型和量子模拟算法将提出改善新量子宇宙的寿命。
物理学中最基本的概念之一是将系统分配到子系统中及其部分之间的相关性研究。在这封信中,我们在量子参考框架(QRF)协方差的上下文中探讨了这一概念,其中这种分区受对称约束的约束。我们证明,不同的参考框架观点会引起不同的子系统可观察的代数,这导致了子系统和纠缠的尺寸不变的框架依赖性概念。我们进一步证明,在对称约束施加对称性之前的下通勤的子代数可以在给定的QRF透视图中转化为对称性的代数。这样的QRF透视图不能继承子系统之间的区别,以相应的张量化性化为Hilbert空间和可观察的代数。由于发生这种情况的条件取决于QRF的选择,因此子系统局部性的概念取决于框架。
抽象相干量子发射器是高级量子技术的中心资源。六角硼硝酸盐(HBN)容纳了一系列量子发射器,可以使用诸如高温退火,光学掺杂和用电子或离子辐照等技术进行设计。在这里,我们证明了此类过程可以降低HBN中量子发射器的连贯性,从而降解功能。具体来说,我们表明,在HBN纳米化方案中常规使用的HBN退火和掺杂方法会导致B-中心量子发射器的脱谐。详细表征了Decerention,并归因于在SPE激发期间静电波动并诱导光谱扩散的电荷陷阱的缺陷。当发射器是通过HBN生长的原始薄片的电子束照射来设计的,在HBN的电子束辐射中,B-中心线宽接近涉及干扰和纠缠所需的量子应用所需的寿命极限。我们的工作强调了晶格质量对于在HBN中实现相干量子发射器的至关重要性,尽管人们普遍认为HBN晶格和HBN SPE非常稳定,并且对化学和热降解具有弹性。它强调了对纳米制作技术的需求,这些技术在工程HBN SPES和量子交联技术的设备上时避免了晶体损伤。
在多个量子位上表现出显着的时间和空间相关性的噪声可能对易于断层的量子计算和量子增强的计量学尤其有害。然而,到目前为止,尚未报道对即使是两数量子系统的噪声环境的完整频谱表征。我们提出并在实验上证明了基于连续控制调制的两量偏角噪声光谱的方案。通过将自旋锁定松弛度的思想与统计动机的稳健估计方法相结合,我们的协议允许同时重建所有单量和两倍的互相关光谱,包括访问其独特的非分类特征。仅采用单一QUIT控制操作和状态训练测量,而不需要纠缠状态的准备或读取两量点的可观察物。我们的实验演示使用了两个与共享的彩色工程噪声源相连的超导码位,但我们的方法可移植到各种dephasing主导的Qubit架构上。通过将量子噪声光谱推向单量环境,我们的工作预示着工程和自然发生的噪声环境中时空相关的特征。
量子计算 (QC) 的出现提供了一种全新的计算范式,它利用量子机制的原理,有望以指数级加速特定问题的解决,同时显著减少数据存储空间等资源的消耗 [ 12 , 25 , 31 , 36 ]。直观地说,量子系统可以呈现混合状态,本质上是同时存在于几种纯状态,利用这一事实,可以同时对所有这些状态进行计算。这种效应称为量子并行性,它将量子计算机与只能执行顺序计算的经典计算机区分开来 [ 28 ]。绝热量子计算 (AQC) 是 QC 的一个子领域,它已成为一种很有前途的方法,可以在经典计算机上近似解决众所周知的组合问题,比如 NP 难题 [ 21 , 22 ]。 AQC 优化算法通常解决的问题类别之一是所谓的二次无约束二元优化 (QUBO) 问题,其形式为
我们小组率先在 LHC 的高能物理分析中使用量子机器学习 (QML)。我们已在门模型量子计算机模拟器和硬件上成功将几种 QML 分类算法应用于 ttH(与顶夸克对相关的希格斯粒子生成)和希格斯粒子到两个μ子(希格斯粒子与第二代费米子的耦合)这两项最近的 LHC 旗舰物理分析。模拟研究已使用 IBM Quantum Framework、Google Tensorflow Quantum Framework 和 Amazon Braket Framework 进行,并且我们已实现良好的分类性能,其性能类似于目前在 LHC 物理分析中使用的经典机器学习方法,例如经典 SVM、经典 BDT 和经典深度神经网络。我们还使用 IBM 超导量子计算机硬件进行了研究,其性能令人鼓舞,并且接近 IBM 量子模拟器的性能。此外,我们将研究扩展到其他 QML 领域,例如量子异常检测和量子生成对抗,并已取得一些初步成果。此外,我们还使用 NVIDIA cuQuantum 和 NERSC Perlmutter HPC 克服了大量子比特(25 个量子比特或更多)和大量事件情况下的密集计算资源挑战。