摘要 分子纳米磁体 (MNM) 是含有相互作用自旋的分子,一直是量子力学的游乐场。它们的特点是有许多可访问的低能级,可用于存储和处理量子信息。这自然开启了将它们用作量子比特的可能性,从而扩大了基于量子比特架构的量子逻辑工具。这些额外的自由度最近促使人们提出在单个分子中编码带有嵌入式量子纠错 (QEC) 的量子比特。QEC 是量子计算的圣杯,这种量子比特方法可以规避标准多量子比特代码中典型的物理量子比特的大量开销。分子方法的另一个重要优势是在制备复杂的超分子结构时实现了极高的控制程度,其中各个量子比特相互连接,同时保持其各自的属性和相干性。这对于构建量子模拟器(能够模拟其他量子对象动态的可控系统)尤其重要。使用 MNM 进行量子信息处理是一个快速发展的领域,但仍需要通过实验进行充分探索。需要解决的关键问题与扩大量子位/量子比特的数量及其各自的寻址有关。人们正在深入探索几种有希望的可能性,从使用单分子晶体管或超导设备到光学读出技术。此外,化学领域的新工具也可能随时可用,例如手性诱导的自旋选择性。在本文中,我们将回顾这一跨学科研究领域的现状,讨论尚未解决的挑战和设想的解决方案,这些方案最终可能会释放分子自旋在量子技术中的巨大潜力。
摘要 分子纳米磁体 (MNM) 是含有相互作用自旋的分子,一直是量子力学的游乐场。它们的特点是有许多可访问的低能级,可用于存储和处理量子信息。这自然开启了将它们用作量子比特的可能性,从而扩大了基于量子比特架构的量子逻辑工具。这些额外的自由度最近促使人们提出在单个分子中编码带有嵌入式量子纠错 (QEC) 的量子比特。QEC 是量子计算的圣杯,这种量子比特方法可以规避标准多量子比特代码中典型的物理量子比特的大量开销。分子方法的另一个重要优势是在制备复杂的超分子结构时实现了极高的控制程度,其中各个量子比特相互连接,同时保持其各自的属性和相干性。这对于构建量子模拟器(能够模拟其他量子对象动态的可控系统)尤其重要。使用 MNM 进行量子信息处理是一个快速发展的领域,仍然需要通过实验进行充分探索。要解决的关键问题与扩大量子位/量子比特的数量及其各自的寻址有关。正在深入探索几种有希望的可能性,从使用单分子晶体管或超导设备到光学读出技术。此外,化学领域的新工具也可能随时可用,例如手性诱导的自旋选择性。在本文中,我们将回顾这一跨学科研究领域的现状,讨论尚未解决的挑战和设想的解决方案,这些最终可能会释放分子自旋在量子技术中的巨大潜力。
摘要 分子纳米磁体 (MNM) 是含有相互作用自旋的分子,一直是量子力学的游乐场。它们的特点是有许多可访问的低能级,可用于存储和处理量子信息。这自然开启了将它们用作量子比特的可能性,从而扩大了基于量子比特架构的量子逻辑工具。这些额外的自由度最近促使人们提出在单个分子中编码带有嵌入式量子纠错 (QEC) 的量子比特。QEC 是量子计算的圣杯,这种量子比特方法可以规避标准多量子比特代码中典型的物理量子比特的大量开销。分子方法的另一个重要优势是在制备复杂的超分子结构时实现了极高的控制程度,其中各个量子比特相互连接,同时保持其各自的属性和相干性。这对于构建量子模拟器(能够模拟其他量子对象动态的可控系统)尤其重要。使用 MNM 进行量子信息处理是一个快速发展的领域,但仍需要通过实验进行充分探索。需要解决的关键问题与扩大量子位/量子比特的数量及其各自的寻址有关。人们正在深入探索几种有希望的可能性,从使用单分子晶体管或超导设备到光学读出技术。此外,化学领域的新工具也可能随时可用,例如手性诱导的自旋选择性。在本文中,我们将回顾这一跨学科研究领域的现状,讨论尚未解决的挑战和设想的解决方案,这些方案最终可能会释放分子自旋在量子技术中的巨大潜力。
衡量协调神经动力学的特定方面如何转化为信息处理操作,以及最终转化为认知功能是一项挑战。一个障碍是简单的电路机制(例如自我维持或传播活动以及输入的非线性求和)不会直接产生高级功能。尽管如此,它们已经实现了神经活动携带的简单信息。在这里,我们提出,不同的功能(例如刺激表征、工作记忆或选择性注意)源于不同组合和类型的低级信息操作或信息处理原语。为了检验这一假设,我们将信息论方法与涉及相互作用的大脑区域的多尺度神经回路模拟相结合,这些区域模拟了明确的认知功能。具体而言,我们跟踪从神经动力学模式中出现的信息动态,使用定量指标来检测信息在何处和何时被主动缓冲、传输或非线性合并,作为低级处理(存储、传输和修改)的可能模式。我们发现,维持工作记忆中的表征或进行注意力增益调节的神经元子集分别通过其在信息存储或修改操作中的参与度增加来发出信号。因此,信息动态指标除了检测哪些网络单元参与认知处理外,还有望指定它们如何以及何时进行认知处理,即通过哪种类型的原始计算,这种能力可用于分析实验记录。
混合纳米电子器件通过将超导体的宏观相位相干性与半导体器件的电荷密度控制相结合,为开发量子技术提供了一个有前途的平台。本论文重点研究混合纳米电子器件的建模及其在研究物质拓扑相和量子信息处理中的应用。论文的第一部分介绍了一种用于静电建模的新型无轨道方法。该方法显著提高了界面附近密度分布的精度,同时最大限度地降低了计算成本。接下来,我们使用基于对称性的非局部电导谱方法来研究多端器件中的传输测量。这种方法可以识别自旋轨道耦合的方向并检测非理想效应。然后,论文探讨了铁磁混合异质结构,它通过结合磁性绝缘体插入物来实现对有效磁场的局部控制。我们研究了超导和铁磁邻近效应的相互作用,并提出了一种用于展示拓扑超导的平面设计。我们还展示了如何使用该平台来实现可配置的 0-π 约瑟夫森结,以及如何实现非正弦电流相位关系。最后,本论文研究了以高次谐波为主的结在超导量子比特中的应用。我们提出并研究了一种耦合方案,用于在异质量子架构中纠缠奇偶校验保护的量子比特和可调谐通量的传输子。
认知革命诞生于20世纪中叶,是对行为主义局限性和理解心理过程的愿望的回应。这一运动的核心是可以将思想视为类似于计算机的信息处理系统。乔治·米勒(George A. Miller)和乌尔里克·奈瑟(Ulric Neisser)等研究人员在这种范式转变中是先驱。他们认为,可以使用信息处理模型来研究思想,该模型涉及获取,存储和操纵信息以使世界有意义。信息处理模型提出的是,可以通过将复杂的心理过程分为一系列离散阶段来理解认知功能,例如感知,记忆和解决问题。认知心理学家使用计算机类比来描述心理操作,将大脑比作中央处理单元(CPU),该单元(CPU)从环境中处理信息输入[3,4]。
需求报告包含互联网服务提供商正在实施的新系统的目标、目的和需求。这些信息可以帮助互联网服务提供商了解系统的用途和背景、如何设计系统以满足他们和客户的需求以及组成整个系统的子项目和完成这些子项目的时间表。需求报告将包含消息传递系统的用途、每日客户使用数据和所需信息。子项目将使互联网服务提供商能够管理开发和实施新系统的时间表。这些信息有助于他们了解系统需要做什么以及如何设计系统来完成这些任务。
1. 引言 近年来,全球范围内对量子计算机的科学研究和金融投资急剧增加,量子计算机在理论上可以比任何传统计算系统更快地解决特定问题,而传统计算系统无法做到这一点。随着科学技术的进步,人们发明了新的方法来更新当前的技术和计算系统,从而实现技术突破。从 1832 年查尔斯·巴贝奇 (Charles Babbage) 的思想结晶到 1941 年德国工程师康拉德·楚泽 (Konrad Zuse) 发明的第一台可编程计算机,计算机领域多年来取得了显著的进步。虽然现代计算机比早期的计算机速度更快、更紧凑,但它们的根本原理仍然是相同的,即操纵和解释二进制位的编码,将其转化为对人类有用的计算结果。然而,1900 年,尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 和马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了量子理论,该理论将彻底改变计算世界并催生量子计算。量子计算是一个多学科领域,它利用量子力学原理来解决传统计算机难以处理的问题。量子计算机和传统计算机的主要区别在于它们的基本运行方式——量子计算机利用量子力学原理有效地解决问题,而传统计算机则依靠经典物理学原理来处理信息。量子计算机使用量子比特(经典比特的量子对应物)来运行,并且遵循与使用二进制系统的传统计算机不同的规则集。与仅表示 0 或 1 的传统比特不同,量子比特可以存在于状态叠加中,从而允许并行处理和复杂计算。量子计算机的存在不仅会成倍地加快计算速度,而且还将使我们能够以更高的准确度和精度更好地理解基本量子现象。所有这些都使量子计算机能够彻底改变信息处理,因为它们能够解决传统计算机无法在多项式时间内解决的问题,例如加密、整数分解和优化。
本论文的第二部分详细介绍了我们通过实验表征和有效缓解固定频率超导量子比特串扰的尝试。我们遇到的第一个障碍是了解串扰对系统的影响。当串扰较弱时,现有方法很难奏效,因此我们开发了一种测量串扰的新方法。我们需要解决的第二个问题是验证我们的模型是否正确。利用我们第一次测量的结果,我们将预测的演变与与测量过程截然不同的环境中实验数据进行比较。我们发现实验和理论之间具有很好的一致性,表明该模型是合理的。本次调查中最后一个未解决的难题是使用此模型来缓解串扰,我们的研究仍在进行中。
本实验将让您在双自旋系统上执行一系列简单的量子计算,演示一和两个量子位量子逻辑门,以及实现 Deutsch-Jozsa 量子算法的电路。您将使用 NMR 技术来操纵氯仿分子中质子和碳核的状态,测量整体核磁化。您应该熟悉 Matlab 才能成功完成此实验!此外,您应该已经完成初级实验室实验 12:脉冲 NMR,并了解 NMR 的基本物理原理。您将测量描述氯仿质子和碳核自旋之间电子介导相互作用的耦合常数;受控非门的经典输入输出真值表;Deutsch-Jozsa 量子算法的数值输出;以及可选的 Grover 量子搜索算法的输出和振荡行为。