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2020年2月10日机构名称:

基于门的绝热量子模拟中的 Berry 相位估计

容错通用量子计算机有望有效模拟大量量子哈密顿量的幺正演化 [1-3]，包括与凝聚态 [4]、量子化学 [5] 和亚原子物理 [6] 相关的哈密顿量。尤其是，它们将有助于解决量子多体现象模拟中面临的指数壁问题 [7]。大多数数字量子模拟 (DQS) 策略都需要用于准备复杂量子态的算法。在某些情况下，例如混合变分方法 [8] 和相位估计 [9]，只要与目标精确态的重叠足够大，准备近似量子态是一种有效的方法。然而，随着自由度数量的增加，这种重叠预计会呈指数级小 [10]。该问题的解决方案是通过 DQS 进行参数绝热演化 [11]。从一个容易获得基态的哈密顿量开始，慢慢地添加额外的项，根据绝热定理 [ 12 ]，系统的量子态保持在新哈密顿量的基态。绝热参数演化理论的核心概念是 Berry 相 [ 13 ]。当哈密顿量在参数空间中沿闭合路径绝热循环时，波函数除了动态相外，还获得几何相 [ 13 ]。Berry 相在量子理论的多个领域起着至关重要的作用 [ 14 ]，包括我们对分子电子特性的理解 [ 15 ]、纳米磁体 [ 16 , 17 ]、固体 [ 18 , 19 ]，以及量子物质的拓扑理论 [ 20 , 21 ]。具体而言，Berry 相可以作为不同类别哈密顿量的拓扑分类的量化指标，包括一维对称保护的拓扑绝缘体 [ 22 – 24 ]、带间隙的自旋液体 [ 25 ] 和相互作用的费米子模型 [ 26 ]。作为量子模拟的主要平台之一，超导量子比特已被用来探索拓扑

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2019年10月24日机构名称:

绝热性的捷径：概念、方法和应用

绝热捷径 (STA) 是快速获得系统控制参数缓慢绝热变化的最终结果的途径。捷径由一组适用于不同系统和条件的分析和数值方法设计而成。将 STA 方法应用于量子系统的动机是在比退相干时间更短的时间尺度上操纵它们。因此，绝热捷径已成为原子、分子和固态物理学中准备和驱动内部和运动状态的工具。应用范围从基于门或模拟范式的信息传输和处理到干涉测量和计量学。控制参数的多重 STA 路径可用于增强对噪声和扰动的鲁棒性或优化相关变量。由于绝热是一种普遍存在的现象，STA 方法也从量子世界扩展到光学设备、经典机械系统和统计物理学。绝热捷径与其他概念和技术（尤其是最优控制理论）完美结合，并提出了一些基本的科学和工程问题，例如找到速度极限、量化第三定律或确定过程能量成本和效率。本文回顾了绝热捷径的概念、方法和应用，并概述了其良好的前景以及未来尚未解决的问题和挑战。

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2019年8月14日机构名称:

有效地将 QUBO 问题嵌入绝热...

摘要像 D-Wave 2000Q 这样的绝热量子计算机可以近似地解决 QUBO 问题，这是一个 NP-Hard 问题，并且已被证明在多个实例中优于传统计算机 [52]。解决 QUBO 问题字面意思是解决几乎任何 NP-Hard 问题，如旅行商问题 (TSP)、航空调度问题、蛋白质折叠问题、基因型归因问题等，从而实现重大的科学进步，并可能为物流、航空、医疗保健和许多其他行业节省数百万/数十亿美元。然而，在量子计算机上解决 QUBO 问题之前，必须将它们嵌入（或编译）到量子计算机的硬件上，这本身就是一个非常困难的问题。在这项工作中，我们提出了一种有效的嵌入算法，让我们能够快速嵌入 QUBO 问题，使用更少的量子比特，并使目标函数值接近全局最小值。然后，我们将我们的嵌入算法的性能与目前最先进的 D-Wave 嵌入算法的性能进行比较，并表明我们的嵌入算法明显优于 D-Wave 嵌入算法。我们的嵌入方法适用于完美的 Chimera 图，即没有缺失量子位的 Chimera 图。

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2020年2月5日机构名称:

绝热与等温CAES

绝热与等温CAES 在讨论绝热CAES（例如 Storelectric 所提出的CAES）时，人们经常将其与等温CAES（例如 Lightsail、SustainX 和 General Compression 所提出的CAES）混淆。事实上，这两者有着根本的不同。CAES 压缩空气储能 (CAES) 使用多余或廉价的能源（例如来自电网或可再生能源发电）将空气压缩至高压 – 通常为 70bar。当再次需要能源时，空气被释放来为涡轮机提供动力（或辅助动力），从而再生电能。由于压缩空气的能量密度不高，需要大量的压缩空气，因此使用地质储存；现有的CAES 使用盐穴，这是目前用于大量储存天然气和其他碳氢化合物、危险废物等的众所周知的技术。尽管欧洲近 1/3 的天然气储量都存储在盐穴中，但从未发生过此类盐穴坍塌的情况。盐穴是人工建造的，盐盆地遍布世界各地。传统压缩空气储能系统将空气压缩到 70bar 时，温度会升高到 ~650 o C。但空气不能储存在高于 ~42 o C 的盐穴中，否则盐穴会恶化。因此，传统压缩空气储能系统会将压缩热浪费在冷却塔中。然而，在大致环境温度下从 70bar 膨胀会将空气冷却到 ~-150 o C。这不仅会冻结环境，还会冻结设备，从而毁坏设备，因此需要将热量重新放回去。传统压缩空气储能系统通过燃烧气体来释放膨胀热。Huntorf 和 McIntosh 使用的方法是将压缩空气送入燃气轮机，从而使燃气轮机更节省燃料。但它燃烧的天然气仍是同等规模发电站的 50-60%（McIntosh 为 60-70%），其往返效率（所有能量输出：输入）最多为 50%（Huntorf 为 42%），尽管更现代的设备渴望达到 ~54%。因为膨胀是通过经过特殊改装的涡轮机进行的，所以传统的 CAES 只有固定尺寸的。等温 CAES 等温 CAES（Lightsail、SustainX、General Compression）意识到压缩空气的最有效方式是在恒定的低温下。因此，他们发明了新型压缩机，可在 ~40 o C 时提取热量。然而，这只考虑了半个周期：提取的热量无法在系统内使用，因此被浪费了。这留下了与传统 CAES 相同的膨胀问题，他们声称通过从环境中吸收热量来解决这个问题：温度足够低，（例如）热泵或工业废热可以提供它。但所需的热量之多，将使任何此类清除工作都难以完成，除非是在非常特殊的地点，例如使用冶炼厂的废热。而且，新型膨胀机还不够完善；而新型压缩机也无法最大限度地提高效率、成本效益或可靠性。绝热 CAES 绝热 CAES 在整个压缩和膨胀循环中平衡热量，储存压缩热量以便在膨胀期间重复使用。RWE 已停用的 Adele 提案 https://www.youtube.com/watch?v=K4yJx5yTzO4（2'39” 视频）中展示了其原理，该提案建议将压缩热量储存在布满毛细管的陶瓷存储器中，以通过陶瓷扩散热量。砖块是陶瓷的。这实际上是两个夜间储热加热器，每个加热器都有一座塔楼那么大，它会膨胀和收缩，摩擦成灰尘（从而堵塞任何可以进入的通道）并压碎毛细管，导致非常高的维护成本和频繁的长时间停电以重建存储器。建造和隔热这样的容器成本高昂。 Storelectric www.storelectric.com 开发了其专有的绝热技术，该技术效率高（40MW 时效率约为 62%，500MW 时效率可提高至约 67%），可利用现有技术建造，经济高效，并已获得 Costain、Fortum、西门子和 Mott MacDonald 等众多跨国工程公司的认可。由于它使用“现成的”压缩机和膨胀机，因此非常可靠，几乎可以建造任何配备此类压缩机和膨胀机的规模。

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