|⟨ j | e − iH ′ t | k⟩| 2 = |⟨j| U † e − iHt U | k⟩| 2 = | ei(φj−φk)⟨j| e − iHt | k⟩| 2 = ⟨ j | e − iHt | k⟩| 2。 (3)
摘要:量子步行不仅仅是构建量子算法的工具。在许多复杂的物理过程中,它们已被有效地用于建模和模拟量子动力学。尤其是,一种被称为分裂量子步行的离散时间量子步行的变体与Dirac Cellular Automata和拓扑绝缘子密切相关,其实现依赖于位置依赖于进化算子的控制。由于操纵多个光子自由度的易于性,我们提供了拆分步骤运算符的光学设置,该设置与位置依赖性硬币(PDC)操作结合使用,可以完成广义分配步行的桌面设置。此外,我们提出了用于PDC操作的光学实现,例如,允许实现电量子步行,控制定位动力学并效仿时空曲率效应。此外,我们提出了一个设置,以实现涉及2个J板,2个可变波形,半波浪板,光学开关和光学延迟线的任何t -step splent量子步行步行。
量子行走为设计量子算法提供了一个既直观又通用的框架。为了充分利用这些行走的计算能力,重要的是能够以编程方式修改行走器遍历的图形,同时保持一致性。我们通过将光镊提供的快速可编程控制与光学晶格的可扩展、均匀环境相结合来实现这一点。利用这些工具,我们研究方格上单个原子的连续时间量子行走,并使用这些行走进行空间搜索的原理验证演示。当扩展到更多粒子时,所展示的功能可以扩展到研究量子信息科学中的各种问题,包括使用具有更高连通性的更大图形执行更有效的空间搜索版本。
我们研究的初始背景是一个有限、连通、无向图 G 。一个粒子在 G 的顶点上随机移动,我们希望使用非标准技术了解这种随机游动的一些行为。我们努力的核心问题是:给定两个状态 x 和 y ,从 x 到 y 的游动有多“困难”?我们将通过将 G 视为电网络来形式化“困难”中有效电阻的含义。使用有效电阻的概念,我们将以两种不同的方式来回答我们的问题:首先是根据逃逸概率(命题 4.2),然后是根据通勤时间(定理 6.9)。最后,波利亚递归定理(定理 7.12)将形式化以下概念:在 1 维和 2 维中,简单随机游动若不先返回原点,则“无限困难”地“逃逸”到无穷大,但在 3 维及更高维度中,则“有限困难”。我们希望在回答核心问题时,能够说明分析具有电网络的随机游动如何具有启发性、物理直观性以及计算实用性。
图形表示是解决自然科学中复杂问题的强大概念,因为连接模式可以产生大量的突发现象。基于图形的方法已被证明在高度分支量子网络中的量子通信和量子搜索算法中特别有效。在这里,我们引入了一个以前未被发现的范例,通过利用具有定制双折射的复杂波导电路中光子对的空间和偏振自由度的混合作用,直接实验实现与三维网络相关的激发动力学。这个用于在复杂、高度连通的图形上进行多粒子量子行走的实验探索的试验台为开发费米子动力学在集成量子光子学中的应用潜力铺平了道路。
摘要 芳香性是物理学和化学中众所周知的现象,是芳香分子许多独特化学和物理性质的原因。多环芳烃稳定性的主要特征是每个 N 碳原子的 2 个 pz 轨道中的离域 π 电子云。虽然已知电子在杂化的 sp 2 轨道之间离域,但本文提出量子行走作为离域发生的机制,并得出这些分子的功能化学结构如何自然地从这种结构中产生。我们介绍了对一些苯并多环芳烃进行的计算结果,并表明基于量子行走的方法确实可以正确预测所考虑分子的反应位点和稳定顺序。
在适当的条件下,从多部分束缚态中移除一个粒子会使其崩溃。这一特性被称为“Borromean 特性”,最近已在 Efi-mov 态中通过实验得到证实。人们可以预期,这种奇特的行为应该与强粒子间相关性的存在有关。然而,任何对这种联系的探索都受到表现出 Borromean 特性的物理系统的复杂性的阻碍。为了克服这个问题,我们引入了一个基于许多相互作用粒子的离散时间量子行走的简单动力学玩具模型。我们表明,它描述的粒子需要表现出 Greenberger-Horne-Zeillinger (GHZ) 纠缠才能形成 Borromean 束缚态。由于这种类型的纠缠很容易导致粒子丢失,我们的工作证明了相关性和系统的 Borromean 特性之间的直观联系。此外,我们在复合颗粒形成的背景下讨论了我们的发现。
图1:超导量子处理器的布局和架构。(a)2D超导量子处理器的示意图。橙色十字代表以8×8阵列排列的量子位。灰色圆圈是通过孔(25)进行3D接线。未显示接线的电极以简化。(b)量子阵列单元的电路图。每个量子位(橙色)都有一个用于微波炉和脉冲控制的XY Z控制线(黑色)。将量子夫妇伴侣与单个λ/ 4读出谐振器(黄色),又通常耦合到过滤器(绿色)。通过λ/ 2耦合谐振器(蓝色),两个相邻的量子位分散耦合。(c)Qubits的标签。两个损坏的量子位,即U03Q2和U22Q1,标记为蓝色。
我们提出了一种实现拓扑离散时间量子行走的方案,该方案由单个捕获离子执行一系列自旋相关的翻转位移操作和量子硬币抛掷操作组成。结果表明,当行走发生在相干态空间中时,可以通过测量平均投影声子数来提取体拓扑不变量的信息。有趣的是,我们的离散时间量子行走所具有的特殊手性对称性简化了测量过程。此外,我们通过引入动态无序和退相干证明了此类体拓扑不变量的稳健性。我们的工作提供了一种测量离散时间量子行走中体拓扑特征的简单方法,可以在单个捕获离子系统中通过实验实现。
我们引入了一个基于保真度的度量 D QC ( t ),以量化图中经典游动与量子游动的动态差异。我们提供了这种量子-经典动态距离的通用、图独立的解析表达式,表明在短时间内 D QC ( t ) 与游动者的相干性成正比,即一个真正的量子特征,而在长时间内它仅取决于图的大小。在中间时间,D QC ( t ) 确实通过其代数连通性依赖于图的拓扑。我们的结果表明,经典和量子游动的动态行为的差异完全是由于短时间内量子特征的出现。在长时间极限下,量子性和动态生成器的不同性质(例如经典游动的开放系统性质和量子游动的幺正性质)的贡献是相等的。