量子计算有一种不同的范式,其中算法是通过构造汉密尔顿量来设计的。系统最初处于易于准备的量子态,量子计算机使用设计的汉密尔顿量演化量子态。它最终到达一个编码问题解的量子态。汉密尔顿方法可以利用物理学家在几十年的研究中培养出来的量子力学直觉。1998 年,Farhi 和 Gutmann 提出了用于量子搜索的汉密尔顿量,[ 4 ] 2000 年提出了一种通用的量子绝热算法。[ 5 ] 在绝热算法中,量子计算机遵循时间相关汉密尔顿量的基态。已经证明,每个量子电路算法都可以转换成量子绝热算法,其时间复杂度完全相同。 [ 6 , 7 ] 独立集问题的量子汉密尔顿算法与其他已知量子算法和分类相比具有一些优势。
实现量子计算的主要障碍 [1] 是处理量子误差。从环境中分离出一点量子信息已经够具挑战性的了;然而,为了实现一台有用的量子计算机,必须维持数千个纠缠量子比特的相干性。拓扑量子比特的用途在于它们内置了容错能力,这是由于任意子和边界模式之间的空间分离 [2]。马约拉纳零模式 [3-5] 是 p 波超导纳米线的端模式,是拓扑量子计算中最有前途的方向之一 [4,6-14]。这些马约拉纳端模式可以非局部地存储信息,并且可以编织起来执行受拓扑保护的逻辑门 [15-22]。尽管拓扑量子比特具有一定程度的防错能力,但它们仍然需要纠错才能完全实现为计算量子比特。完美的马约拉纳量子比特将具有无限长,并保持在零温度下。非零温度会导致有限的准粒子密度,从而导致量子比特出现错误。存在诸如环面码 [ 2 ]、表面码 [ 23 – 26 ] 和颜色码 [ 27 – 29 ] 之类的纠错码,它们可以在马约拉纳量子比特上实现 [ 30 – 37 ] 或平面码 [ 38 , 39 ] 等其他方案。然而,这些纠错方案需要大量开销,需要大量冗余量子比特来捕获和纠正错误。正如 Kitaev 指出的那样 [ 2 ],物质的任何拓扑相都可以识别为纠错码。在这一脉络中,我们要问,由马约拉纳纳米线链构建的一维 (1D) 费米子拓扑相 [40, 41] 是否可以与“费米子宇称保护的纠错码”联系起来。只要费米子宇称守恒,这样的链就可以防止量子误差,而且只需要一行物理量子比特,而不是一个表面。在本文中,我们展示了如何使用马约拉纳纳米线链来显著提高量子比特的寿命,因为马约拉纳量子比特中存在不同错误类型的层次结构。由于观察到的密度出乎意料的高
摘要本文重点研究了在 Z ∗ N 中因式分解和计算离散对数的量子算法中逻辑量子比特数量的优化。这些算法包含一个模 N 幂运算电路,它占了大部分成本,包括量子比特和运算成本。在本文中,我们表明,仅使用 o (log N ) 个工作量子比特,就可以获得模幂运算输出的最低有效位。我们将此结果与 May 和 Schlieper 的截断技术 (ToSC 2022) 以及 Shor 算法的 Eker˚aH˚astad 变体 (PQCrypto 2017) 相结合,仅使用 d + o (log N ) 个量子比特来解决 Z ∗ N 中的离散对数问题,其中 d 是对数的比特大小。因此,我们可以使用 n/2 + o(n) 个量子位来因式分解 n 位 RSA 模数,而当前设想的实现需要大约 2n 个量子位。我们的算法使用余数系统,并且以可参数化的概率成功。由于它是完全经典的,我们已经实现并测试了它。对于 RSA 因式分解,我们可以达到深度 O(n2log3n) 的门数 O(n3),然后必须将其乘以 O(logn)(Eker˚aH˚astad 所需的测量结果数)。要因式分解一个 RSA-2048 实例,我们估计 1730 个逻辑量子位和 236 个 Toffili 门就足以进行一次运行,而该算法平均需要 40 次运行。为了解决 2048 位安全素数组中 224 位(112 位经典安全性)的离散对数实例,我们估计 684 个逻辑量子位就足够了,并且每次使用 2 32 Toffili 门进行 20 次运行。
超导码头:从基本到应用到一般范围:在过去的十年中,已经证明,约瑟夫森量子电路的超导构成理想的块,以实现量子机械实验并构建有前途的量子位,以进行量子信息处理。这些电路显示为人造原子,其特性是由电子化合物(电容,电感,隧道屏障)固定的。最近我们展示了一种新的量子测量[1],它克服了通常的局限性(见图)。我们建议研究其开放量子系统的物理特性,例如量子 - 非解析测量,量子轨迹,同时测量,并基于此新的读数以及我们最近在量子上有限的放大器上的成就[2]。
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。
我们通过实验评估了具有固定频率和固定相互作用的 transmon 量子比特对于实现自旋系统模拟量子模拟的适用性。我们使用全量子过程断层扫描和更高效的哈密顿量断层扫描在商用量子处理器上测试了实现此目标的一组必要标准。低振幅下的显著单量子比特误差被确定为阻碍在当前可用设备上实现模拟模拟的限制因素。此外,在没有驱动脉冲的情况下,我们还发现了伪动态,我们将其与量子比特和低维环境之间的相干耦合联系起来。通过适度的改进,对丰富的时间相关多体自旋哈密顿量家族进行模拟模拟可能是可能的。
作者:M Malfavon · 2022 年 — 本报告已通过科学和技术信息 (RSTI) 流程批准。2022 年 6 月,该报告正式发布在国防...
具有长寿命相干性的量子态对于量子计算、模拟和计量学至关重要。在单重态振转基态中制备的超冷分子的核自旋态是编码和存储量子信息的绝佳候选。然而,重要的是要了解这些量子比特的所有退相干源,然后消除它们,以达到尽可能长的相干时间。在这里,我们使用高分辨率拉姆齐光谱法全面表征了光学捕获的 RbCs 分子超冷气体中存储量子比特退相干的主要机制。在详细了解分子超精细结构的指导下,我们将磁场调整到一对超精细状态具有相同磁矩的位置。这些状态形成一个量子比特,它对磁场的变化不敏感。我们的实验揭示了状态之间微妙的微分张量光移,这是由旋转状态的弱混合引起的。我们演示了如何通过将线性偏振陷阱光和施加的磁场之间的角度设置为魔角反余弦(1 / √
Jonas Weissenrieder,材料物理学教授(KTH),评论,“量子材料构成了明天的量子创新的基石。我们在KTH上设想了量子应用材料空间中的巨大机会,其中包括新型光子探测器,磁场传感器和应变传感器。su,KTH和Nordita与WACQT和Novo Nordisk量子计算中心合作开发了量子支柱的材料。”
在本讲座中,我们将研究量子计算电路模型的基础。这引入了量子位,量子门和其他组件与经典计算中的概念密切相似,并为我们提供了开始研究量子计算机是否可以超越经典计算机的工具。对于这些讲义,我们部分依赖参考文献的材料。[Nielsen和Chuang,2000年,Aaronson,2018年,Kockum和Nori,2019年]。该讲座已从2019年的Chalmers Technology课程中的“量子计算”课程中的首次讲座改编为博士课程(请参阅课程中的完整讲座以及这些讲座的视频),并在2020年和2021年作为大师级课程(请参阅此YouTube Playlist for the YouTube Playlist for the YouTube Playlist for the YouTube playlist for the 2021 lect of 2021 in the YouTube playlist of 2021 for the Youtube playlist of the Lect playlist。