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Silq 发布：一种高级量子语言
联系方式：马丁·韦切夫教授，苏黎世联邦理工学院，瑞士，silq@inf.ethz.ch 背景：最近的努力已经将量子计算机改进到可以在某些任务上超越传统计算机的程度，这种情况被称为量子霸权。量子计算机运行量子算法，通常用低级量子语言 Silq 表示。我们发布了 Silq，这是第一种旨在从量子算法的低级实现细节中抽象出来的高级量子语言。Silq 在 GitHub（https://github.com/eth-sri/silq）上公开可用，并根据免费开源 Boost 软件许可证 1.0 获得许可。作为一项关键的创新，Silq 有助于弥合经典语言和量子语言之间的概念差距。因此，Silq (i) 降低了非专业量子程序员的入门门槛，(ii) 通常有助于简洁明了地表达复杂算法，以及 (iii) 促进了 50 多年来为传统计算开发的编程和分析技术向量子编程领域的技术转移。比较。虽然传统上量子算法通常以电路的形式指定，但量子语言更方便地将量子算法表达为源代码。然而，现有的量子语言迫使程序员在较低的抽象层次上工作，仍然本质上指定将量子操作明确应用于单个量子位的量子电路。因此，用这些语言实现量子算法是繁琐且容易出错的。相比之下，Silq 支持对量子算法的描述性视图，表达了程序员的高级意图。然后，将这些算法编译成低级量子电路成为二阶关注点，可以由专门的编译器处理，就像在传统编程语言中一样。我们的实验评估表明，Silq 程序比其他量子语言中的等效程序短得多（Q# 平均缩短 46%，Quipper 缩短 38%），同时仅使用一半的量子原语。因此，Silq 程序不仅更短，而且更易于读写，因为它们需要的原语和概念更少。大部分评估都集中在 Q# 上，因为 (i) 它是使用最广泛的量子语言之一，(ii) 我们认为它比 Cirq 或 QisKit 更高级，(iii) 2018 年和 2019 年的 Q# 编码竞赛提供了大量 Q# 实现，我们可以利用它们进行比较。
量子点条形码与微流体和信号处理的融合，用于多路复用高通量传染病诊断
通过纳米和微技术（量子点和微流体）的融合，我们创建了一个能够对人类血清样本中的传染性病原体进行多重、高通量分析的诊断系统。作为概念验证，我们展示了能够检测全球最流行的血液传播传染病（即乙型肝炎、丙型肝炎和 HIV）血清生物标志物的能力，样本量少（<100 µ L），速度快（<1 小时），灵敏度比目前可用的 FDA 批准方法高 50 倍。我们进一步展示了同时检测血清中多种生物标志物的精确度，交叉反应性最小。该设备可以进一步发展成为便携式手持式即时诊断系统，这将代表发达国家和发展中国家在检测、监测、治疗和预防传染病传播方面的重大进步。
量子传送的开发和应用
Bennett等人进一步开发了量子传送的概念。在1993年，他提出了一种将未知量子状态（即未知量子位）传送到另一个位置的方案，而无需物理移动粒子本身，从而实现了量子信息传递。在1997年，奥地利科学家Zeilinger的研究小组就光子极化状态的量子传送进行了实验[1]。上述大多数研究都是在理想条件下进行的，而没有噪声或破坏性。但是，在传输协议的任何实际实施中，噪声都不可避免地存在，并影响传输到传输方期间的纠缠状态。
在计算假设下对单个量子设备进行自我测试
自测试是一种仅基于其经典输入输出相关性来表征任意量子系统的方法，在独立于设备的量子信息处理以及量子复杂性理论中发挥着重要作用。先前关于自测试的研究需要假设系统的状态在仅执行本地测量且无法通信的多方之间共享。在这里，我们用单个计算受限方取代了多个非通信方的设置，这在实践中很难执行。具体来说，我们构建了一个协议，允许经典验证者稳健地证明单个计算受限的量子设备必须准备一个贝尔对并对其执行单量子位测量，直到对设备的状态和测量应用基础变化。这意味着在计算假设下，验证者能够证明单个量子设备内存在纠缠，这是一种通常与两个分离的子系统密切相关的属性。为了实现这一点，我们基于 Brakerski 等人首次引入的技术。 （2018）和 Mahadev (2018) 允许经典验证者约束量子设备的行为，假设该设备不会破坏后量子密码学。
用于量子计算和模拟的可扩展微潘宁阱阵列
我们建议使用二维 Penning 阱阵列作为量子模拟和量子计算的可扩展平台，以捕获原子离子。这种方法涉及将定义静态电四极子位置的微结构电极阵列放置在磁场中，每个位置捕获单个离子并通过库仑相互作用与相邻离子耦合。我们求解此类阵列中离子运动的正常模式，并推导出即使在存在陷阱缺陷的情况下也能实现稳定运动的广义多离子不变定理。我们使用这些技术来研究在固定离子晶格中进行量子模拟和量子计算的可行性。在均匀阵列中，我们表明可以实现足够密集的阵列，轴向、磁控管和回旋加速器运动表现出离子间偶极耦合，其速率明显高于预期的退相干。通过添加激光场，这些可以实现可调范围的相互作用自旋汉密尔顿量。我们还展示了局部电位控制如何隔离固定阵列中的少量离子，并可用于实现高保真门。使用静态捕获场意味着我们的方法不受系统尺寸增加时的功率要求限制，从而消除了标准射频陷阱中存在的重大缩放挑战。因此，这里提供的架构和方法似乎为捕获离子量子计算开辟了一条道路，以实现容错规模的设备。
量子决策理论中的进化过程
近年来，人们对用量子力学语言来制定决策理论的可能性产生了浓厚的兴趣。在书籍 [ 1 – 4 ] 和评论文章 [ 5 – 8 ] 中可以找到大量关于此主题的参考资料。这种兴趣源于经典决策理论 [ 9 ] 无法遵循真实决策者的行为，因此需要开发其他方法。借助量子理论技术，人们有望更好地表征行为决策。有多种使用量子力学来解释意识效应的变体。本评论的目的不是描述现有的变体，因为这需要太多篇幅，可以在引用的文献 [ 1 – 8 ] 中找到，而是对作者及其同事提出的方法进行概述。这种方法被称为 [ 10 ] 量子决策理论 (QDT)。在本综述中，我们仅限于考虑量子决策理论，而不会涉及量子技术其他应用趋势，例如物理学、化学、生物学、经济学和金融学中的量子方法、量子信息处理、量子计算和量子博弈。显然，一篇综述无法合理地描述所有这些领域。尽管量子博弈论与决策理论有相似之处，但量子博弈的标准处理[11-15]与本综述中提出的量子决策理论的主要思想之间存在重要区别。在量子博弈论中，人们通常假设玩家是遵循量子规则的量子设备[16,17]。然而，在量子决策理论[10]的方法中，决策者不一定是量子设备，他们可以是真实的人。QDT 的数学类似于量子测量理论中的数学，其中观察者是经典人类，而观察到的过程则以量子定律为特征。在 QDT 中，量子理论是一种用于描述决策过程的技术语言。量子技术被证明是一种非常方便的工具，可以描述现实的人类决策过程，包括
