量子存储,传输和处理是信息技术的未来。量子硬件的承诺源于纠缠量子系统的固有复杂性 - 波功能尺度的大小与粒子数,无论是在真实空间还是在参数空间中表示。相比之下,经典的n个体系统只能由6个N变量(所有粒子的位置和动量)完全表示。量子系统的这种复杂性通过经典计算(维度的诅咒)创建量量子系统的尚未解决的挑战。的确,尽管我们可以轻松地为任何相互作用的核和电子系统编写schrödinger方程,但我们只能在非常小的系统上精确地在古典计算机上求解它。量子技术渴望将这种诅咒变成一种祝福。波功能的指数复杂性表明,它原则上可能代表了指数的严重问题。因此,可以使用量子硬件存储和操纵信息来解决在经典计算机上无法解决的问题。
我们考虑了一大类拉姆齐干涉测量协议,这些协议通过在相位信号印在 N 个粒子的集体自旋上之前和之后进行压缩和非压缩操作而得到增强。我们报告了针对任何给定粒子数和 (非) 压缩强度的分析优化。即使在压缩和非压缩相互作用期间包含实验相关的退相干过程,也可以应用这些结果。然而,本文不考虑两种相互作用之间的噪声。这提供了压缩回波协议的广义表征,恢复了许多已知的量子计量协议作为局部灵敏度最大值,从而证明了它们的最优性。我们发现了一个新的协议。其灵敏度增强依赖于压缩的双重反转。在一般的回声协议类别中,新发现的过度解扭曲协议由于其在强集体失相情况下的海森堡缩放而被挑选出来。
可以被认为是谐振子的集合。经典波系统具有这样的运动方程。它们的量子类似物也是振荡器,因此它们的量子描述将涉及类似振荡器的能量和自由度。你还记得振荡器的量子力学能谱是一组等距的能级,E = nǫ(最高为一个总体常数),其中 ǫ 是能量尺度,例如公式 1.3 中的 ǫ = ℏ ω i ,n 是整数 0、1、2、……?你还记得光子的故事吗?量子电磁场用一个整数标记,即处于特定允许状态的光子数?这个整数就是谐振子的 n。我们可以进一步将“计数”与振荡器状态进行类比。想象我们有一个似乎与振荡器无关的系统,比如氢原子。它的能谱为 E = ǫ i ,其中 i 表示状态的量子数。现在想象一下,我们有一组氢原子,并且这些原子不相互作用。该集合的能量为 E = P ni ǫ i ,其中 ni 再次表示集合中的粒子数,
n 型 Ge/SiGe 量子阱被认为是实现 Si 兼容 THz 激光器的有前途的平台。针对这一材料系统,我们开发了一个数值模型来描述子带间载流子动力学,该动力学在非对称耦合 Ge/SiGe 量子阱中脉冲光激发后恢复平衡。我们考虑了非弹性和弹性散射过程,并研究了不同的量子阱几何形状、掺杂密度和激发方式。在这个配置空间中,我们解开了对每个散射通道整体动力学的影响,并提供了子带间弛豫时间,发现相对于 III-V 基材料,由于相对于 III-V 化合物,电子-声子耦合较弱,因此其值较大。最后,该模型用于研究和优化第一和第二激发子带能级之间的粒子数反转,并评估其对晶格温度的依赖性,为指导即将进行的实验提供了可靠的理论框架。
空腔量子电动力学为设计和控制光 - 二聚体相互作用提供了理想的平台。在这项工作中,我们研究了谐波陷阱中许多粒子系统中的共同现象,该系统耦合到同型腔腔吸尘器。系统夫妻通过其质量中心和集体极化状态聚集到腔场。腔场介导对成对的长距离相互作用并增强颗粒的有效质量。这导致在物质基态密度中的定位增强,当光和物质在共振上时具有最大值,并以粒子数表现出类似dicke的集体行为。轻度 - 物质相互作用还修改了极化系统的光子性能,因为基态填充了束光子。此外,还表明,磁磁性A 2项对于系统的稳定性是必需的,否则是较高的基态不稳定性。我们证明,通过外部磁场并通过监测Landau-Zener的过渡概率,极化人群的相干转移是可能的。
量子存储,传输和处理是信息技术的未来。量子硬件的承诺源于纠缠量子系统的固有复杂性 - 波功能尺度的大小与粒子数,无论是在真实空间还是在参数空间中表示。相比之下,经典的N体系统只能由仅6个N变量(所有粒子的位置和矩)表示。量子系统的这种复杂性会通过经典计算(维度的诅咒)对量子系统建模尚未解决的挑战。的确,尽管我们可以轻松地为任何相互作用的核和电子系统编写Schrouddinger方程,但我们只能在非常小的系统上精确地解决经典组合。量子技术渴望将这种诅咒变成一种祝福。波功能的指数复杂性表明,它原则上可能代表了指数的严重问题。因此,可以使用量子硬件存储和操纵信息来解决经典计算机无法解决的问题。量子计算的想法首先是由理查德·费曼(Richard Feynman)在1981年引入的。从那以后,一些基本理论
我们利用变分量子本征值求解器 (VQE) 探索了存在拓扑 θ 项的格子 Schwinger 模型中的一阶相变。使用两种不同的费米子离散化,即 Wilson 和交错费米子,我们开发了适用于这两种离散化的参数化模拟电路,并通过在没有噪声的情况下模拟经典的理想 VQE 优化来比较它们的性能。然后在 IBM 的超导量子硬件上准备通过经典模拟获得的状态。应用最先进的误差缓解方法,我们表明可以从量子硬件可靠地获得电场密度和粒子数,这些可观测量揭示了模型的相结构。为了研究连续外推所需的最小系统尺寸,我们使用矩阵乘积状态研究连续极限,并将我们的结果与连续质量微扰理论进行比较。我们证明,考虑附加质量重正化对于提高较小系统尺寸所能获得的精度至关重要。此外,对于我们研究的可观测量,我们观察到了普适性,并且两种费米子离散化都产生了相同的连续极限。
简介:科学计数法和有效数字。不同系统中的单位。矢量:矢量回顾、矢量导数、线积分和面积分、标量的梯度。力学:坐标系。恒定加速度下的运动,牛顿定律及其应用,匀速圆周运动。涡旋运动,摩擦力。功和能量。势能、能量守恒、能源和我们的环境。静电和磁学:库仑定律、高斯定律、导体周围的电场、电介质。磁场。电流上的磁力。半导体物理学:半导体中的能级、空穴概念、本征区域和非本征区域、质量作用定律、P-N 结、晶体管。波和振荡:具有一个自由度的系统的自由振荡、经典波动方程。连续弦的横模。驻波。波的色散关系。光学与激光:光学和激光的基本介绍。衍射光栅。激光器,粒子数反转。谐振腔。量子效率。氦氖激光器、红宝石激光器和二氧化碳激光器。现代物理学:光电效应、康普顿效应、氢原子的玻尔理论、原子光谱、质量减小、德布罗意假设、布拉格定律、电子显微镜、塞曼效应、原子核、质能关系、结合能、核力和基本力、指数衰减和半衰期。
热力学中最重要的问题之一是如何将热能转化为功。对于这样的任务,存在许多经典的发动机,例如蒸汽机或汽油发动机。这些想法也推广到量子系统。在这个主项目中,由热浴和冷浴耦合驱动的三能级微波激射器被量化。三能级微波激射器是量子热机 (QHE)。从经典热机中提取功的通常是移动活塞。但在这种情况下,它是一个驱动场。1916 年,阿尔伯特·爱因斯坦已经讨论了光与物质相互作用的三种方式(自发辐射、吸收和受激发射)[2]。在 Scovil 和 Schulz-DuBois 1959 年的论文 [5] 中,他们研究了激光是否是热机。在这篇论文中,他们使用微波激射器作为将热量转化为相干辐射的装置,因为热量可以引起粒子数反转。在他们的热力学分析中,他们使用了单原子激光器。他们为新兴的量子热力学理论奠定了基础。在实践中以及在计算中,两个不同的热源都是必要的。高温热源可以通过快速准确地估计传播微波模式的热占有来实现 [4]。
摘要 强关联化学和材料系统的变分算法是近期量子计算机最有前途的应用之一。我们提出了变分量子特征值求解器的扩展,它通过求解由一组参数化量子态组成的子空间中的广义特征值问题来近似系统的基态。这允许在不显著增加电路复杂性的情况下系统地改进逻辑波函数假设。为了最大限度地降低这种方法的电路复杂性,我们提出了一种有效测量哈密顿量的策略,并在由与总粒子数算子交换的电路参数化的状态之间重叠矩阵元素。该策略使状态准备电路的大小加倍,但没有使其深度加倍,同时相对于标准变分量子特征值求解器增加了少量额外的两量子比特门。我们还提出了一种经典的蒙特卡罗方案来估计由有限数量的矩阵元素测量引起的基态能量的不确定性。我们解释了如何扩展此蒙特卡罗程序以自适应地安排所需的测量,从而减少给定精度所需的电路执行次数。我们将这些想法应用于两个模型强关联系统,即 H 4 的方形配置和己三烯 (C 6 H 8 ) 的 π 系统。