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量子计算中动态运行时断言的量子电路
摘要 在本文中，我们提出了用于运行时断言的量子电路，它既可用于软件调试，也可用于错误检测。运行时断言在量子计算中具有挑战性，主要有两个原因。首先，量子比特（量子位）无法复制，这被称为不可克隆定理。其次，当测量量子比特时，其叠加态会坍缩为经典态，从而丢失固有的并行信息。在本文中，我们通过辅助量子比特进行运行时计算克服了这些挑战，辅助量子比特用于间接收集感兴趣的量子比特的信息。我们设计量子电路来断言经典状态、纠缠和叠加态。我们的实验结果表明，它们在调试方面非常有效，并能提高 IBM Q 量子计算机上各种量子算法的成功率。 CCS 概念。• 硬件 → 量子技术。关键词。量子计算；运行时断言
量子力学的奇迹与奥秘
量子力学的创立是 20 世纪物理学最引人注目的发展之一。在 1900 年至 1924 年期间，人们开始理解黑体辐射定律、光和物质的波粒二象性、能量的普遍量化和物质的稳定性以及光谱定律，随后在 1925 年至 1927 年的短短两年内，人们以惊人的速度发现了量子力学的数学结构。另一方面，对这一结构的物理解释和含义需要付出巨大的努力，其中不确定性和互补性原理、玻恩概率解释和规则以及波函数坍缩思想都发挥了重要作用。尽管量子力学在众多应用中一直取得了惊人的成功，但许多关于解释的令人困惑的问题仍然存在，并继续被研究，尽管焦点已经从波粒二象性转移到纠缠及其特征和后果。本文对这些发展进行了印象派的描述，并对人类直觉的起源和人类理解自然的意义进行了评论[1]。
量子引力模拟器的光子实现
摘要。检测引力介导的纠缠可以提供引力场遵循量子力学的证据。我们报告了使用光子平台模拟该现象的结果。该模拟测试了通过使用变量来介导纠缠来探测变量的量子性质的想法，并产生了理论和实验见解，阐明了未来引力实验所需的操作工具。我们采用三种方法来测试纠缠的存在：贝尔测试、纠缠见证和量子态断层扫描。我们还模拟了引力坍缩模型预测的或由于实验装置不完善而导致的替代方案，并使用量子态断层扫描来证明不存在纠缠。模拟强化了两个主要教训：（1）哪些路径信息必须首先编码，然后从引力场中相干地删除；（2）进行贝尔测试可以得出更有力的结论，证明存在引力介导的非局域性。
量子间相关性的研究......
量子物理学家和神经科学家一直试图从人脑中寻找相关的量子效应。Umezawa 等提出脑细胞中存在量子动力学自由度空间分布完全有序的可能性，并针对多脑细胞系统提出了改善量子动力学自由度空间分布的物理模型 [2]。彭罗斯和萨梅罗夫的意识量子模型（ORCH OR）认为意识产生于细胞膜微管中，蛋白质电子是产生意识活动的场所。1963 年诺贝尔物理学奖获得者维格纳认为意识可以通过波函数坍缩，使不确定状态转变为确定状态，从而改变客观世界。英国南安普顿大学的脑电图（EEG）实验证实，思维过程本质上是量子化的 [3, 4]。越来越多的物理学家和认知科学家认为量子和意识之间存在着深刻而重要的内在联系。
国防量子技术
量子比特或量子位元是经典信息比特的量子类比。经典比特只能具有 0 或 1 的值，而量子比特则由量子态描述。量子叠加意味着量子比特可以同时表示两个状态。这种行为对计算能力的增强具有重要意义。使用 N 个量子比特，我们可以表示 2N 个状态（即，表示的状态数量随着量子比特的数量呈指数增长）。请注意，当在量子算法的末尾应用量子测量时，整个叠加会坍缩为一个状态。因此，我们必须多次运行一种算法，并根据各个状态的统计分布得出结论。通过多次重复，我们可以达到指数级的速度。然而，这种计算能力的提高需要开发新的量子算法并摆脱传统计算。10 还有许多技术难题挑战我们实现大规模量子计算的能力。
量子引力模拟器的光子实现
摘要。检测引力介导的纠缠可以提供引力场遵循量子力学的证据。我们报告了使用光子平台模拟该现象的结果。该模拟测试了通过使用变量来介导纠缠来探测变量的量子性质的想法，并产生了理论和实验见解，阐明了未来引力实验所需的操作工具。我们采用三种方法来测试纠缠的存在：贝尔测试、纠缠见证和量子态断层扫描。我们还模拟了引力坍缩模型预测的或由于实验装置不完善而导致的替代方案，并使用量子态断层扫描来证明不存在纠缠。模拟强化了两个主要教训：（1）哪些路径信息必须首先编码，然后从引力场中相干地删除；（2）进行贝尔测试可以得出更有力的结论，证明存在引力介导的非局域性。
时空中的纠缠和意想不到的量子现象
我喜欢从另一个角度来思考：用 Van Raamsdonk [1] 的话来说，纠缠是时空的结构。当你纠缠单个量子比特时，你就创建了一个二维网络，类似于引力理论中时空内部如何从纠缠边界中出现。在这种全息方法中，纠缠生成时空的几何形状，而不是坍缩空间或时间。同时，纠缠是检测相变或诊断意外现象（如纠缠不对称和量子姆潘巴效应）的基本工具 [2,3]。此外，纠缠构建的几何形状可用于量子信息科学的应用。例如，如果爱丽丝拥有一个特殊用途的设备来准备她最喜欢的状态，她可以通过量子网络将其量子传送到几个遥远的地方 [4]。根据这个观点，纠缠不仅构建了地铁系统的轨道，而且还充当了将信息从一个车站传送到另一个车站的火车。
利用机器学习了解溶液相键断裂反应中量子退相干的原因
摘要：退相干是一种基本现象，当纠缠量子态与其环境相互作用时，会导致波函数坍缩。退相干的必然性提供了量子计算最内在的限制之一。然而，对导致退相干的环境化学运动的研究很少。在这里，我们使用量子分子动力学模拟来探索液态氩中 Na 2 + 的光解离，其中溶剂波动会引起退相干，从而决定化学键断裂的产物。我们使用机器学习将溶质-溶剂环境表征为高维特征空间，使我们能够预测键合电子何时以及在哪个光碎片上定位。我们发现，达到必要的光碎片分离并经历异相溶剂碰撞是化学键断裂过程中退相干的基础。我们的工作强调了机器学习在解释复杂溶液相化学过程方面的实用性，并确定了退相干的分子基础。
太空中的“黑洞”从太空发现正电子
)> 太空中可能布满“黑洞”。这是在克利夫兰举行的美国科学促进会会议上，天文学家和物理学家提出的，他们是所谓退化恒星方面的专家。退化恒星不是道德低下的好莱坞类型。它们是垂死的恒星，或白矮星，占天空中所有恒星的 10% 左右。它们发出的微弱光线来自生命最后阶段留下的少量热量。目前尚不清楚恒星是如何悄然衰落成为白矮星的。退化恒星由密集的电子和原子核或原子核组成。它们的密度如此之大，以至于一小撮物质就重达一吨。理论上预测，一些这样的恒星的密度为每小撮一百万吨。当这种情况发生时，恒星基本上是由中子和奇异粒子组成的。由于退化恒星的密度如此之大，其引力场非常强。根据爱因斯坦的广义相对论，当一颗退化恒星的质量增加时，它会突然坍缩，恒星强大的引力场会向自身收缩，从而形成宇宙中的“黑洞”。
量子力学中的弱测量
在本次研讨会上，我们将研究量子测量理论。首先，我们将详细描述测量量子态的过程。然后，我们将介绍弱测量的概念，它提供的有关波的信息较少，但有其他好处。在弱测量领域，我们将观察到一些奇怪的结果。调整我们对测量理论的期望非常重要。即使我们将更详细地描述测量过程，而不仅仅是陈述投影假设，量子力学的基本测量问题仍然存在。在这个理论的范围内，我们无法解释测量的投影性质、玻恩规则或波函数坍缩。量子世界和我们的经典经验之间仍然存在差距，这可以通过对量子力学的解释来解决。我们不会在本研讨会上处理这个问题，因为我们将专注于描述观察到的量子系统和测量设备之间的相互作用。这样，我们将能够研究测量对观察到的系统的影响，调节相互作用的强度，并获得必要的测量统计数据。我们将在第 4 章中看到，弱测量背后的动机不仅仅是出于无望的量子爱好者的好奇心，而是为了强大的实验应用。