摘要:科学和技术的持续发展需要在越来越高的空间分辨率下进行温度测量。具有温度敏感发光的纳米晶体是提供高精度和远程读取的这些应用的流行温度计。在这里,我们证明了比率发光热实验可能会遭受纳米结构环境中的系统误差。我们将基于灯笼的发光纳米热计处于距AU表面高达600 nm的控制距离。尽管这种几何形状不支持吸收或散射谐振,但由于光态的变化密度变化导致温度计的变形导致高达250 K的温度读出误差。我们的简单分析模型解释了温度计发射频率,实验设备以及误差幅度的样品的效果。我们在几种实验场景中讨论了我们发现的相关性。这种错误并不总是发生,但是在反映界面或散射对象附近的测量中可以预期它们。关键字:光子学,光态的密度,温度传感,纳米晶,灯笼的发射
尽管NISQ设备受到严格限制,但已经开发了硬件和算法 - 感知的量子电路映射技术,以实现成功的算法执行。由于实验设备及其小尺寸的稀缺性,对自旋量子量子处理器的映射和汇编实现没有太多关注。但是,基于它们的高可扩展性潜力和快速进步,及时开始在此类设备上探索解决方案。在这项工作中,我们讨论了具有共享控件的可扩展横文架构的独特映射挑战,并引入Spinq,这是第一个用于可扩展自旋量子体系结构的本机编译框架。Spinq的核心是综合策略,该策略旨在解决横杆的唯一操作约束,同时考虑编译可伸缩性并获得O(n)计算复杂性。为了评估Spinq在这种新颖体系结构上的性能,我们编制了一组明确定义的量子电路,并基于多个指标(例如Gate开销,深度开销和估计的成功概率)进行了深入的分析,这反过来又使我们能够创建独特的映射和建筑洞察力。最后,我们提出了新型的映射技术,这些技术可能会提高该体系结构上的算法成功率,并有可能激发有关其他可扩展自旋量子体系结构的量子电路映射的进一步研究。
我要感谢我的导师、小组成员和委员会成员对我完成这项工作的大力支持。如果没有导师的指导、小组伙伴和朋友的帮助以及家人的支持,我不可能完成我的博士论文。我要向我的主要导师 Case 博士表示最深切的谢意。感谢您在这项工作期间为我提供宝贵的建议。我非常感谢您对我研究中所有问题的耐心和指导。作为导师,您不仅帮助我提高实验技能和加深我对铝研究的理解,还帮助我扩展了我在材料科学和有限元分析方面的背景。您面对困难和解决问题的积极态度和智慧也将使我受益匪浅。我也非常感谢我的共同导师 Lattimer 博士。感谢您将我带入热机械材料响应领域。您在热分析方面的丰富经验为我在实验设计和微观结构分析方面提供了有效的指导。作为一名工程师,您的专业严谨性在我整个研究生学习期间给我留下了深刻的印象,并将帮助我在未来成长为一名合格的工程师。Patrick,感谢您这些年来成为我最有帮助的同事和朋友;您为我的研究提供了许多宝贵的建议。我非常感谢您帮助我如何使用所有实验设备,并在我遇到问题时及时为我提供建议。您对追求知识和解决问题的执着也给我留下了深刻的印象并激励我做得更好。最后,我要感谢 Jessica、Nathan 和 Christian 对我的初始测试设置、DIC 测试系统和有限元模型的帮助。我还要感谢 Ben、Bilel 和 Roozbeh,你们珍贵的友谊对我来说是无可替代的。与你们一起工作给我的研究生学习带来了非常愉快的经历。
摘要 本文介绍了量子计算机架构的定义和实现,以便创建新的计算设备——量子计算机作为加速器。要解决的一个关键问题是这种量子计算机是什么,以及它与控制整个执行过程的经典处理器有何关系。在本文中,我们明确提出了量子加速器的概念,它包含加速器的所有层。这种堆栈从描述加速器目标应用程序的最高级别开始。下一层抽象了量子逻辑,概述了要在量子加速器上执行的算法。在我们的案例中,逻辑以小组开发的通用量子-经典混合计算语言 OpenQL 来表达,该语言将量子处理器视为计算加速器。OpenQL 编译器将程序转换为通用汇编语言 cQASM,可在量子模拟器上执行。cQASM 表示可由量子加速器中实现的微架构执行的指令集。在后续步骤中,编译器可以转换 cQASM 以生成 eQASM,该 eQASM 可在包含特定平台参数的特定实验设备上执行。这样,我们就能清楚地区分实验研究以寻求更好的量子比特,以及需要在量子设备上开发和执行的工业和社会应用。第一种情况为实验物理学家提供了一个全栈实验平台,使用具有退相干和错误率的真实量子比特,而第二种情况为量子应用开发人员提供了完美的量子比特,其中既没有退相干也没有错误率。我们在文章的最后明确介绍了三个全栈量子加速器的示例,分别是实验超导处理器、量子加速基因组测序和基于量子启发式方法的近期通用优化问题。我们小组目前正在积极研究后两种全栈模型。
本文提出了新兴现代信息技术作为理解量子物理,特别是微观宇宙规律的最简单手段的概念。分析表明,计算机辅助建模结合了实验所需的所有基本教学特征,从而提高了培训的有效性。关键词:信息技术、量子物理、建模。引言、文献综述、方法众所周知,使用现代信息技术是实验课的最佳工具,它为提高培训课程的有效性提供了广阔的机会[1]。基于这种方法,信息技术成为理解量子物理,特别是微观宇宙规律的最简单手段。这个机会将使学生更容易理解量子物理的基本原理,并创造一个有利的环境来展示这一理论的实际意义。使用信息技术或基于计算机的模型可以将物理实验与自然过程结合起来。因此,建模与传统方法的不同之处在于展示了有效的实验[2]。基于计算机的建模结合了实验所需的所有基本教学特征,从而提高了培训的有效性。例如,我们可以在量子物理学中使用计算机建模来研究光电效应。由于学生通常进行两个实验室,一个在实验设备上工作,另一个在计算机模型上工作。然后比较和讨论在实验室工作答辩中获得的结果。此外,致力于研究发射光谱(锌、汞、钠)精细结构的实验室研究可以通过计算机模型来补充,以研究塞曼效应。塞曼效应的大型实验室设置涉及许多复杂且昂贵的工具。例如,在测量黄色钠双线态后,学生可以在计算机模型上对其进行研究。这种实验和计算机实验的结合理想地相互补充。请注意,这些实验室设备是非常罕见的设备。我们研究了为教育机构的自然和数学专业建模现代化量子物理实验室的基础知识。研究的结果是,我们得出结论,需要某些要求才能实现实验的高效率 [1]。此外,计算机建模(软件)还应满足通用性、充分性、准确性、效率性的要求[2]。
1项目概述1 1.1 MEC-U设施及其任务简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 1.2 LCLS/MEC背景,科学影响和计划。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.2.1 LCLS科学影响。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.2.2 MEC科学影响。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 1.2.3国际竞赛。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 1.2.4 DOE响应。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 5 1.2.5 MEC-U对HED等离子科学的影响。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 5 1.3 MEC-U科学目标和能力。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 6 1.3.1 FLAGSIP实验。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。4 1.2.4 DOE响应。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 1.2.5 MEC-U对HED等离子科学的影响。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 5 1.3 MEC-U科学目标和能力。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 6 1.3.1 FLAGSIP实验。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。5 1.2.5 MEC-U对HED等离子科学的影响。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 1.3 MEC-U科学目标和能力。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 1.3.1 FLAGSIP实验。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 1.4设施操作要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 1.5 MEC-U项目描述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 1.5.1设施。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 1.5.2实验设备。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11 1.6项目范围摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 1.7项目持续时间和预算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18 1.8管理和合作方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19 1.9风险管理策略。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19 1.10设计替代方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。20 1.11设施位置替代方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 1.11.1设计利用远面实验厅的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。21 1.11.2独立洞穴的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 1.12激光系统替代方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22 1.12.1短脉冲激光替代品。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22 1.12.2长脉冲激光替代方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 1.13目标腔室替代方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 1.13.1 TCX设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 1.13.2 TCO设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25 1.14未来的计划和任务未来未来。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25 1.15当前设计明确允许的结构选项。。。。。。。。。。。。。26 1.15.1双 - 佩塔瓦特升级。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26 1.15.2多KJ长脉冲激光升级。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26 1.15.3长脉冲激光器的第三个谐波。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26 1.15.4下游X射线目标室。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26 1.15.5 TCX中的动态3-D断层扫描。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27 1.16其他自一致的升级选项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27 1.16.1频率加倍Petawatt梁。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27
强大的新计算机,可以衡量时间和重力最小变化的牢不可破的加密和传感器:这些是量子技术突破所期望的许多结果中的一些。为了在这个快速增长的研究领域引起人们的关注,新加坡科学中心及其合作伙伴出席了量子:展览。全球首次关注量子科学技术的旅行展览,量子:展览是由加拿大滑铁卢大学的量子计算研究所(IQC)开发的。新加坡的安装包括旨在补充原始展览的本地研究的全新展览。这些新材料得到了六个在量子技术中作用的本地组织的支持,并在新加坡科学中心开发。赞助新加坡展览的组织是科学,技术与研究机构,新加坡国立大学(NUS),Nanyang Technological University,新加坡国家研究基金会和国家超级计算中心的量子技术和研究中心。展品包括一个在火箭爆炸,量子计算的实验设备以及对原子钟的动画介绍中幸存下来的量子卫星。参观者还将在视频采访中介绍了该国一些鼓舞人心的年轻量子科学家。超过30多个本地专家为新展示的发展做出了贡献。“量子物理学可以说是人类文明历史上最大的知识分子胜利,但其声誉通常是神秘而困难的声誉。与Quantum:展览中,我们希望使科学学科变得不那么遥远,更相关,以使各个时代和背景的人发现。一直是我们为客人创造机会受到科学奇迹并最终推动可能性的启发的机会。该项目是由IQC的研究合作伙伴CQT启动的。“我们很荣幸能与我们的共同赞助商和研究合作者一起展示量子:展览。我们希望新加坡的年轻人能参观,兴奋并对他们一生中如何体验量子技术进行深思熟虑。我们这一代的科学家正在提供构建量子技术的工具。由下一代决定我们可以与他们一起做的一切。总的来说,互动展览在五个不同区域占地约4,000平方英尺。它通过创造性的讲故事和游戏体验的混合来为科学概念带来生活。访客从量子概念开始,浸入计算史,然后深入探讨量子技术的潜力。积极的学习者和思想家将享受从令人难以置信的量子纠缠概念到量子计算机令人敬畏的前景的旅程!在量子世界中,您只能通过查看它来改变某些内容。
量子纠缠是一种重要资源,在量子信息处理、量子通信、量子计算和其他现代量子技术中发挥着基础性作用 21,31。特别是,任何二分纠缠态都会增强隐形传态能力 29 并表现出隐藏的非局域性 30。量子任务的实用性通常随着纠缠量的增加而增加 2,41,42。纠缠态的表征在理论和实践中都至关重要。然而,区分可分离态和纠缠态的问题仍然悬而未决;事实上,它是 NP 难问题 14。对于量子比特-量子比特和量子比特-量子三体系统,著名的 Peres-Horodecki 正部分转置 (PPT) 标准给出了必要和充分可分离性条件 19,32。在高维中,这一条件才是必要的,这首先在四元组-四元组系统 19 中得到证明。更精细的检测方法包括可计算交叉范数或重新调整 (CCNR) 标准 4、6、18、34、相关矩阵标准 9、10、局部不确定性关系标准 16、约化密度矩阵标准 3 和协方差矩阵标准 13。另一种纠缠检测方法是通过纠缠见证,它们是 Hermitian 块正(但不是正)算子。因此,任何这样的算子在可分离状态下都是正的,并且状态 ρ 是可分离的当且仅当对于每个纠缠见证 W ,Tr(ρW)≥0。所有纠缠态都有检测它们的见证人 43、44。换句话说,如果 ρ 是纠缠的,则存在一个(非唯一的)见证人 W ,使得 Tr(ρW)<0。问题在于为给定状态找到合适的见证人。与其他检测方法相比,选择纠缠见证人的优势在于,状态的不可分性取决于计算该状态下 W 的期望值。因此,它比全状态断层扫描需要的信息更少,这也意味着需要更少的实验设备和更少的测量。存在一类特殊的见证人,可以检测具有正部分转置的量子态,也称为束缚纠缠态 17、20、24、25、44。它们被称为不可分解的,因为它们不能分解为 W = A + BŴ,其中 A 和 B 为正,其中Ŵ是部分转置。此类算子没有通用的构造方法,而且通常很难确定见证人是否可分解。然而,已经发现了几类不可分解的纠缠见证,例如与众所周知的重新调整或可计算交叉范数 (CCNR) 可分离性标准 5、6、35 和协方差矩阵标准 12、13、26 相关的标准,以及它们的概括 37、38。在构建纠缠见证时,人们经常使用相互无偏基 (MUB)。C d 中的正交基是相互无偏的当且仅当属于不同基的任意两个向量之间的转换概率为常数 11 。在参考文献 8 中,作者使用 MUB 定义了一类新的见证人,并分析了它们在 d = 3 中的属性。这种构造已以多种方式得到推广。Li 等人为相互无偏测量 (MUM) 27 和对称信息完全测量 (SIC-POVM) 28 引入了类比算子。Wang 和 Zheng 45 考虑了不同维度的复合系统中基于 MUB 的见证人。Hiesmayr 等人 15 表明,不等价和不可扩展的 MUB 集有时对检测纠缠更有用,而 Bae 等人 1 发现需要超过 d / 2 + 1 个 MUB 来识别束缚纠缠态。涵盖各种纯度的 MUM 均能检测到与