摘要：

量子計(jì)算擁有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法比擬的超強(qiáng)計(jì)算能力,是最重要的后摩爾技術(shù)之一。隨著集成電路技術(shù)按照摩爾定律不斷發(fā)展,單個芯片上集成的晶體管數(shù)目越來越多,芯片上半導(dǎo)體器件的尺寸也越來越小。當(dāng)器件的特征尺寸接近單個原子的尺度時(shí),量子效應(yīng)將不可避免,從而導(dǎo)致晶體管的功能失效。為此,探索后摩爾時(shí)代的新使能技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的必然要求。量子計(jì)算恰是一種利用量子效應(yīng)的新型計(jì)算技術(shù),而且是從計(jì)算模型到實(shí)現(xiàn)方式都完全不同于傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的全新方法。量子算法的研究已經(jīng)表明,量子計(jì)算相比經(jīng)典計(jì)算在很多領(lǐng)域的問題求解上擁有復(fù)雜度量級上的根本計(jì)算能力優(yōu)勢,因此,量子計(jì)算成為世界各國爭相投入的前沿領(lǐng)域。自提出以來的三十多年來,量子計(jì)算研究在量子算法、物理實(shí)現(xiàn)等各個方面都取得了巨大進(jìn)展,但絕大部分工作仍著重"物理系統(tǒng)",缺少"計(jì)算系統(tǒng)"相關(guān)的研究探索。量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)方面,已經(jīng)提出了光子、原子、離子、量子點(diǎn)、超導(dǎo)等多種物理體系實(shí)現(xiàn)方案；榮獲2012年諾貝爾物理學(xué)獎的"單量子系統(tǒng)測量與操控"研究,是量子物理系統(tǒng)發(fā)展的重要里程碑成果；許多展示和驗(yàn)證量子算法基本原理的小規(guī)模量子物理系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)。然而,這些研究大都仍停留于"物理系統(tǒng)"層面,缺少"程序控制"等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中重要的、"計(jì)算系統(tǒng)"相關(guān)的思想與概念,很多算法實(shí)現(xiàn)工作甚至停留在"手工"操控水平。為此,本課題聚焦量子計(jì)算系統(tǒng)的可編程性,研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的方法與技術(shù)實(shí)現(xiàn)可編程的量子計(jì)算系統(tǒng)。具體地,我們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于糾纏光子的可編程玻色-費(fèi)米量子模擬系統(tǒng)。主要貢獻(xiàn)包括:·理論推導(dǎo)了運(yùn)用糾纏光子模擬全同玻色子和全同費(fèi)米子的方法。該方法通過控制糾纏光子的糾纏態(tài)相位,實(shí)現(xiàn)對玻色子和費(fèi)米子量子系統(tǒng)演化行為的有效模擬；同時(shí),我們針對典型量子演化網(wǎng)絡(luò)上玻色子和費(fèi)米子的演化行為進(jìn)行了定量分析；為玻色子和費(fèi)米子量子模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了理論指導(dǎo)。·設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可編程玻色-費(fèi)米量子模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)可通過運(yùn)行含量子語句的程序完成模擬任務(wù),類似的可編程機(jī)制只在D-Wave等極少數(shù)研究中有出現(xiàn),為量子計(jì)算系統(tǒng)"計(jì)算機(jī)理"的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)平臺。·系統(tǒng)評測了所實(shí)現(xiàn)的可編程玻色-費(fèi)米量子模擬系統(tǒng)。評測了系統(tǒng)中的偏振糾纏雙光子源,偏振對比度分別達(dá)到98.28%(|Ψ+?,水平垂直偏振測量基)、99.65%(|Ψ-?,水平垂直偏振測量基)、98.55%(|Ψ+?,對角反對角偏振測量基)和97.48%(|Ψ-?,對角反對角偏振測量基),CHSH不等式性質(zhì)達(dá)2.72(15-σ不等式違背,0.5秒計(jì)數(shù))和2.41(94-σ不等式違背,50秒計(jì)數(shù)),保真度達(dá)94%(|Ψ+?)和92%(|Ψ-?)；評測了全系統(tǒng)的模擬精度,與理論結(jié)果的相似度達(dá)95.2%(模擬玻色子)和97.1%(模擬費(fèi)米子)。評測結(jié)果表明,所實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能在程序控制下以很高精度有效模擬玻色子和費(fèi)米子的量子演化行為。

展開

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用计算机模拟光子行为,光量子玻色—费米模拟系统的设计与实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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