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离散和连续变量系统的量子计算资源
随着量子技术的出现，信息技术的发展已到达一个关键点，有望实现无与伦比的计算能力和解决问题的能力。基于离散变量和连续变量的量子计算有望有效解决计算上难以解决的问题。离散变量量子计算依赖于有限维希尔伯特空间中编码的量子，而连续变量量子计算则利用谐振子的无限维希尔伯特空间。这两种范式在实现通用性和容错性方面都面临挑战，因此需要探索非高斯性和魔法等资源理论。本论文研究了离散和连续变量系统的量子计算资源，并有助于加深我们对实现不同架构中量子计算潜力所必需的资源的理解。我们研究这些资源理论之间的相互作用，提出新的量词并建立离散和连续变量量子计算之间的联系。
纯退相干量子系统的动态重构
摘要 本文介绍了纯退相干条件下的三元组和纠缠量子比特的有效量子态断层扫描方案。我们实现了通过相位衰减通道发送的开放系统的动态状态重建方法，该方法提出于：Czerwinski 和 Jamiolkowski Open Syst. Inf. Dyn. 23, 1650019 ( 2016 )。在本文中，我们证明在四个不同时刻测量的两个不同可观测量足以重建三元组的初始密度矩阵，其演化由相位衰减通道给出。此外，我们推广了该方法以确定纠缠量子比特的量子断层扫描标准。最后，我们证明了关于纯退相干条件下的三元组量子态断层扫描所需可观测量数量的两个普遍定理。我们相信动态状态重建方案为量子断层扫描带来了进步和新颖性，因为它们利用了海森堡表示并允许在时间域中定义测量。
基于 qudit 的高效光子量子计算方案
由于集成光子技术的最新进展，线性光学是实现量子计算协议的一种有前途的替代方案。在这种情况下，通常考虑基于量子比特的量子电路，然而，光子系统自然也允许 d 元，即基于量子数位器的算法。这项工作研究了由 d > 2 光学模式中单个光子的可能光子数状态定义的量子数位器。我们展示了如何使用线性光学和光子数解析探测器构建局部最优非确定性多量子数位器门，并探索在 ad 元优化问题中使用量子数位器簇状态。我们发现，与具有相似计算能力的量子比特簇状态相比，量子数位器簇状态需要更少的光学模式，并且由更少数量的纠缠光子编码。我们通过将我们的量子数位器方案应用于 k 着色问题来说明其优势。
手性诱导自旋选择性：量子应用的一项使能技术
由于化学提供了无与伦比的灵活性，分子自旋是未来量子技术的有前途的基石，这使得设计针对特定应用的复杂结构成为可能。然而，它们与外部刺激的相互作用较弱，因此很难在单分子水平上访问它们的状态，而单分子水平是它们在量子计算和传感等领域应用的基本工具。在此，我们预见到一种创新的解决方案，利用手性诱导的自旋选择性对电子转移过程的影响，利用手性和磁性之间的相互作用。设想使用一种自旋到电荷的转换机制，该机制可以通过将分子自旋量子比特连接到一个二元组来实现，其中电子供体和电子受体通过手性桥连接。通过基于实际参数的数值模拟，结果表明，即使在相对较高的温度下，手性诱导的自旋选择性效应也可以实现分子量子比特和量子点的初始化、操纵和单自旋读出。
Bodipy-硝酸二元组中增强系统交叉的距离依赖性
在过去的几年中，在光激发的发色团中，增强的跨系统交叉（EISC）1-3的过程经常被利用，这些传播的发色团经常被用作进入有机彩色团的高旋转状态的一种手段。示例包括二酰亚胺（PDI）4的三胞胎状态或各种发色团 - 自由基化合物的四重奏或五重状态。5 - 10，除了具有基本兴趣之外，后者在新兴的分子旋转基质中的应用也可能具有有希望的特性。例如，已经表明，PDI - 自由基化合物的分子四重奏状态可以用作多级别自旋Qubits，即qudits，用于量子信息科学中的应用。11,12共价连接的发色团中的三重态产量增加 - 稳定的自由基系统对于像沉重的无原子无原子感官感官的应用也有吸引力 - 三胞胎 - 三重三元光子上转化或光动力疗法。13 - 16
纠缠在基于qudit的电路压缩中的作用
基于门的通用量子计算是根据两种类型的操作来制定的：通常易于实现的局部单量门门，而两个Qubit的纠缠大门，其忠实的实施仍然是主要的实验挑战之一，因为它需要单个系统之间的受控相互作用。为了充分利用量子硬件，以最有效的方式处理信息至关重要。一个有希望的途径是将较高的量子系统（Qudits）用作量子信息的乐趣单位，以用Qudit-Local Gates替换Qubit-Loctangling Gates的一小部分。在这里，我们展示了如何通过使用QUDIT编码来显着低估多Qubit电路的复杂性，我们通过考虑具有确切已知（多Qubit）栅极组合性的示例性cirits来量化这些编码。我们讨论了电路压缩的一般原理，在可实现的优势上得出上限和下限，并突出了纠缠和可用门集的关键作用。针对Photonic和捕获离子实施的显式实验方案，并证明了两种平台的电路性能都有显着的表达增益。
bose –
负责量子非本地性和违反贝尔的不平等的行为。3纠缠一直是开发量子信息技术和技术的重要资源。4–13利用量子信息处理的纠缠依赖于操纵量子系统的能力，无论是在气相还是固相中。在我们以前的工作中，我们研究了纠缠和量子计算的前景，这些量子计算在光学捕获的极性和/或顺磁分子的阵列中，其鲜明或Zeeman级别用作量子。13,14在本文中，我们考虑了bose -Einstein冷凝物（BEC）的87 Rb原子中的15个，该原子限制在光学陷阱中，并研究了其自旋和动量自由度之间的纠缠。原子的超细zeeman含量及其量化的动量可以用作Qubits，甚至更高的尺寸Qudits，即具有D维的量子位。我们注意到，在气态系统中玻色 - 因斯坦冷结的实现，然后证明自旋 - 轨道耦合的BEC 16为量子控制打开了新的途径。在反应动力学的背景下，自旋 - 轨道耦合
量子进化算法的新模式
摘要：在文献中已经讨论了量子进化算法的不同形式。这些努力中的一个分支研究方法是用量子比例来表示遗传信息的表示，即问题信息。该表示的典型缺点是在算法的评估和选择步骤中丢失了量子信息。即，在混合古典设置中实现算法，并且需要在每次迭代中进行测量。这不可避免地会破坏基因组表示中的叠加和纠缠结构。在这项工作中，我们提出了一种用于遗传信息和评估和选择阶段的新实施方法，该方法实现了量子电路中的这些步骤。为了实现这一目标，我们利用Qudits代表不断发展的实体。此外，我们还利用模式来设计量子亚电路来组成从经典领域已知的控制结构。结果，我们显示了任何时间算法的量子电路设计，该算法不必在每次迭代中测量，并且不取决于经典的控制。仅需要在旗帜标志上检查进化过程的整体进展。该方法当前具有某些局限性，例如在目标函数中。此处是针对玩具问题的领导者。
玻色子量子处理器上量子启发式的数值门合成
最近，人们对量子最优控制和变分量子算法相互作用的兴趣和见解激增。我们在量子比特的背景下研究该框架，例如，量子比特可定义为与传输器耦合的超导腔系统的可控电磁模式。通过采用 (Petersson and Garcia, 2021) 中描述的最新量子最优控制方法，我们展示了对多达八个状态的单量子比特操作和两个量子比特操作的控制，分别映射到谐振器的单个模式和两个模式。我们讨论了对参数化门的封闭系统进行数值脉冲工程的结果，这些门可用于实现量子近似优化算法 (QAOA)。结果表明，对于大多数研究案例，在足够的计算努力下，可以实现高保真度 (> 0.99)，并且可以扩展到多种模式和开放的噪声系统。定制的脉冲可以被存储起来并用作电路量子电动力学 (cQED) 系统中未来编译器的校准原语。
沟通
最受追捧的科学目标之一是实现量子计算 1，它利用量子力学定律和资源来实现快速非常复杂的算法，2-4 实现量子模拟 5 或利用量子密码学。6 这需要一个两级量子系统作为信息的基本单位（量子比特），以及一种以逻辑方式寻址这些量子比特并将它们互连以进行计算的技术。在提出的实现量子比特的系统中，7-10 分子电子自旋对化学家来说尤其有吸引力。11-13 因此，人们做出了重要努力来理解控制过渡金属 14-16 和镧系元素配位化合物中自旋量子相干性的因素。17-19 量子门的实现需要对几个互连的量子比特进行相干操控。分子已被制备成 2 量子比特量子门的原型，要么是非等价纠缠金属离子的二聚体，20，21，要么是具有可切换相互作用的基于金属的量子比特对。22，23 还有人建议将核自旋自由度用作 N -qudits（维度为 N 的信息单位），24，25 并且一些方案依赖于核自旋和电子自旋之间的超精细相互作用来实现复杂的协议，例如量子纠错方法 26 或实现