本文關(guān)鍵詞：自旋調(diào)控技術(shù)研究及絕熱量子算法的核磁共振實(shí)現(xiàn)　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2012年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：自旋控制技術(shù)是量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究中的主要挑戰(zhàn)之一,本文首先介紹了基于核磁共振技術(shù)控制多個(gè)核自旋實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量子計(jì)算任務(wù),包括絕熱量子算法和量子模擬算法的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。然后介紹了我們?cè)陔娮幼孕{(diào)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建過(guò)程中開(kāi)發(fā)和積累的相關(guān)技術(shù),主要包括脈沖控制技術(shù),微波調(diào)制技術(shù)以及軟件控制技術(shù)。 盡管核磁共振技術(shù)在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性量子計(jì)算問(wèn)題上存在限制,核自旋調(diào)控仍然是小比特上最為成熟的自旋調(diào)控技術(shù)。到現(xiàn)在為止,核磁共振量子計(jì)算平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)12個(gè)量子比特的制備,7個(gè)量子比特的Shor算法也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。因此核磁共振體系是在小比特上驗(yàn)證量子計(jì)算理論和算法的理想試驗(yàn)平臺(tái)。 本人在攻讀博士學(xué)位期間利用核磁共振技術(shù)開(kāi)展了絕熱量子算法和化學(xué)量子模擬方面的實(shí)驗(yàn)研究。在絕熱量子算法方面,我們先簡(jiǎn)單介紹了絕熱量子算法的歷史和原理,然后介紹了我們利用絕熱量子算法處理大數(shù)分解問(wèn)題的研究以及利用該算法實(shí)現(xiàn)了迄今最大數(shù)字143的因子分解。在量子模擬方面,本文主要介紹了我們利用量子模擬計(jì)算化學(xué)系統(tǒng)的屬性和過(guò)程。其中包括利用量子相位估計(jì)算法計(jì)算氫氣分子的基態(tài)能量值的實(shí)驗(yàn),以及利用量子傅里葉變換技術(shù)模擬的化學(xué)異構(gòu)反應(yīng)的過(guò)程。 除了核自旋調(diào)控研究以外,本人在攻讀博士學(xué)位期間參與了多臺(tái)自制電子自旋共振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建,包括x波段脈沖式電子順磁共振(EPR)譜儀和S波段脈沖式光探測(cè)磁共振(ODMR)譜儀等。在研制過(guò)程中本人負(fù)責(zé)研發(fā)了軟件控制部分以及針對(duì)自旋調(diào)控的脈沖控制和微波控制技術(shù)�？刂栖浖脚_(tái)采用組件化設(shè)計(jì),通過(guò)更換不同的功能組件實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)控制方式,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多線程工作和圖形化編程。脈沖控制技術(shù)方面,為了彌補(bǔ)商用產(chǎn)品的不足,我們研發(fā)了納秒級(jí)控制精度的脈沖產(chǎn)生設(shè)備,能夠?qū)崿F(xiàn)1ns為單位的任意方波脈沖形狀。除此之外,我們利用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了X波段和S波段的調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置,用于電子調(diào)控過(guò)程中發(fā)射不規(guī)則形狀微波脈沖,比如高斯型,sinc型等。
[Abstract]:Spin control technology is one of the main challenges in the experimental study of quantum computing, this paper first introduces the NMR technique to control a plurality of small scale nuclear spin quantum computation based on task, including adiabatic quantum algorithm and quantum algorithm simulation experiment. And then introduces the related technologies of our development and accumulation in the process of building the electronic spin control experimental platform in the main, including pulse modulation control technology, microwave technology and software control technology.
Despite the existence of limit calculation of NMR in the realization of scalable quantum problems, nuclear spin spin control regulation is still the most mature technology of small bits. Up to now, NMR quantum computing platform to achieve the 12 qubit preparation, 7 quantum Shor algorithm has also been achieved. Therefore. Nuclear magnetic resonance system is an ideal test platform to verify quantum computing theory and algorithm in small bits.
In my doctor carried out during the adiabatic quantum algorithm and quantum chemical simulation experiment using nuclear magnetic resonance technology in adiabatic quantum algorithm, we introduce the history and principle of adiabatic quantum algorithm, and then introduces the research we use the adiabatic quantum algorithm to deal with large numbers of the decomposition problem and achieve the biggest factor figure 143 decomposition by using the algorithm. In the simulation of quantum, this paper mainly introduces the properties and process of simulation using the quantum computational chemistry system. Including the estimation of the ground state energy of molecular hydrogen calculation algorithm of the values of experiment using quantum phase, and chemical reaction process of heterogeneous simulation using quantum Fu Liye transform technique.
In addition to study nuclear spin regulation, during my PhD in building multiple homemade electron spin resonance experiment platform, including the X band pulsed electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer and S band pulsed optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy. In the process of development I am responsible for the development of the the software control part and pulse control and microwave for spin control. The control software platform using component-based design, through the realization of the experiment with different control methods to replace the function of different components, and realize multi thread work and graphical programming. The pulse control technology, in order to make up for lack of commercial products, we developed a nanosecond the control precision of pulse generating equipment, to achieve 1ns for unit pulse of arbitrary shape. In addition, we use DDS technology to realize the pulse modulation of X band and S band A punching device used to emit irregular shaped microwave pulses in the process of electronic control, such as the Gauss type, the sinc type, etc.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP38;O482.532

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