【摘要】：量子計算是一種基于量子力學(xué)原理的新型計算模式,量子糾纏和量子疊加性使得在同一時刻量子系統(tǒng)能攜帶多個基態(tài)的信息,并且量子門操作能同時影響所有基態(tài),這給量子計算帶來了無與倫比的并行計算能力�？茖W(xué)家利用這一原理設(shè)計了各種量子算法,如Shor算法、Grover算法等,證明了在解決特定問題時,量子計算機(jī)能夠超越經(jīng)典計算機(jī)。然而依靠目前所能實現(xiàn)的操控精度,制造一臺實用的量子計算機(jī)來運(yùn)行Shor算法可能需要集成上百萬個物理量子比特,這在未來的20年內(nèi)可能都很困難。所以科學(xué)家設(shè)定了一個小目標(biāo),在不進(jìn)行糾錯的情況下,用少量的物理比特,進(jìn)行隨機(jī)量子門操作,以此來從實驗上證明量子計算機(jī)相比于經(jīng)典計算機(jī)的優(yōu)勢。本論文介紹了個人在碩士階段的所學(xué)與所思。論文結(jié)構(gòu)大致如下:第一章介紹了量子計算的背景,給出了實現(xiàn)量子計算機(jī)的必要條件以及量子計算在各個系統(tǒng)中的進(jìn)展。超導(dǎo)系統(tǒng)因其良好的可擴(kuò)展性和易操控性已成為最有希望實現(xiàn)量子計算的候選系統(tǒng)之一。第二章介紹了超導(dǎo)量子電路的基礎(chǔ)知識,闡明了量子電路是如何構(gòu)造出量子比特的,即所謂的人造原子。第三四章是本文的主體,第三章介紹了超導(dǎo)量子比特的基本調(diào)控手段,并對可調(diào)耦合的Gmon進(jìn)行了耦合強(qiáng)度的標(biāo)定,成功觀察到比特和中心腔的耦合強(qiáng)度隨外加磁場的變化而變化。第四章講述了利用隨機(jī)量子電路來證明量子計算相比于經(jīng)典計算的優(yōu)越性。實驗上用9個比特的全連通結(jié)構(gòu)來制備混沌態(tài)并利用機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建模型來預(yù)測實驗?zāi)⿷B(tài)分布,實驗結(jié)果的誤差率在1%/Cycle/Qubit之內(nèi)。第五章是總結(jié)和展望。
【圖文】：

（Ｓｔａｔｅ邋Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）邋0逡逑更一般的，我們在布洛赫球１５１上表示量子比特的狀態(tài)，便于我們直觀的理解量子比特逡逑中所存儲的信息。如圖１－１所示，量子比特的狀態(tài)有兩個自由度逡逑Ｑ邐Ｑ逡逑＼ｉｐ）邋＝邋ｃｏｓ邋－邋＋邋ｓｉｎ邋－邐（１－２）逡逑其中０彡０彡ｔｔ，邋０彡￥邋＜邋２ｔｔ0逡逑量子態(tài)的演化遵循薛定諤方程逡逑ｉ－ｍ邋＝邋ｉｎ６＾－邐（ｉ－３）逡逑２逡逑

邐”中 逡逑Ｗ逡逑圖２－２邋ＳＱＵＩＤ可以等效為一個可調(diào)節(jié)臨界電流的單結(jié)。逡逑將兩個約瑟夫森結(jié)并聯(lián)就得到了邋ＳＱＵＩＤ邋（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋），逡逑跨過約瑟夫森結(jié)的相位差０受到外加磁場的調(diào)制，這導(dǎo)致了流過結(jié)的電流的相干性，使產(chǎn)逡逑生類似于光學(xué)中的干涉現(xiàn)象。如圖２－２所示，，兩個結(jié)構(gòu)成了一個環(huán)路，跨過結(jié)的相位差不再逡逑互相獨(dú)立，它們受到通過環(huán)內(nèi)的外加磁通的約束也＋火＝邋２ｅ￥ｅ／／ｉ。令０＿二（也一也）／２，逡逑l矗ㄒ玻澹跡荊玻插澹藉澹澹ぃ澹臁Ｔ蛄鞴岬淖艿緦魑義希懾澹藉澹桑沐澹螅椋鑠澹ǎ穡苠濉澹桑沐澹螅椋鑠澹ǎ穡插義隙澹村澹螅椋睿ǎ埃澹遽輳擼╁澹澹剩沐澹螅椋睿ㄡ輳澹暌唬╁義希劍玻悖悖錚簀澹蓿蓿邋澹螅椋睿埃咤危ǎ玻常╁義希楨義仙鮮獎礱鰨頤強(qiáng)梢越櫻眩眨桑目闖梢桓雋俳緄緦魘艿酵獯懦〉骺氐牡ソ�，蕦�(dǎo)實緶分�，瘟x義希瑰義

本文編號：2607102