量子計算是一種可以超越經(jīng)典計算能力的計算模型,基于其量子力學特性,在特定場景下能顯現(xiàn)量子加速能力。量子計算機的概念從上世紀80年代就被提出來,至今已經(jīng)過去三十多年,依然處于襁褓期,而要實現(xiàn)真正意義上的通用量子計算機可能還需要更長時間的努力。量子計算之所以困難是因為量子系統(tǒng)非常脆弱,由于量子系統(tǒng)擁有的能量在單量子水平,環(huán)境中無處不在的擾動都極有可能破壞量子態(tài)使其失去量子特性。盡管如此,由于量子計算機可能產(chǎn)生的顛覆性價值,多國政府、高校和諸如谷歌、微軟、IBM等高科技公司都在量子計算的研發(fā)投入了大量資源。雖然現(xiàn)階段的技術條件離實現(xiàn)通用量子計算還比較遙遠,但是針對小規(guī)模多粒子體系的量子模擬是現(xiàn)階段技術水平有可能實現(xiàn)的。當可控粒子數(shù)達到五十以上時,量子模擬機可以完成目前的超級計算機都很難應付的模擬應用。本文主要介紹我們建立了一個超導量子比特的實驗平臺,隨后基于該平臺對兩類有代表性的凝聚態(tài)物理問題的初步的模擬實驗展示。前兩章簡單介紹了量子計算機的基本概念和我們的實驗系統(tǒng)。第三章介紹了我們使用超導相位量子比特和Xmon量子比特模擬了凝聚態(tài)物理中的任意子分數(shù)統(tǒng)計行為。實驗使用了由諧振腔耦合的多比特超...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖５－１樣品結(jié)構(gòu)和實驗設置

５基于超導比特的量子模擬??實驗是通過監(jiān)控一個有序的初態(tài)在相互作用的哈密頓量中的演化來得到多體局域的特??征表現(xiàn)。我們用圖５－１?（ｂ）描述實驗的波形序列。通過微波驅(qū)動的把比特制備到直積態(tài)??｜辦）〉＝丨０１０１０１０皿〉。為了避免比特驅(qū)動的相互串擾，初態(tài)制備時比特的分布在不同的....

圖１－１量子比特的布洛赫球表示

｜?屯〉＝ｃｏｓ》０〉＋?ｅ地?ｓｉｎ－｜ｌ〉?（１－２）??使用幾何表示，單比特量子態(tài)就是半徑為１的球面上的點，這個球叫做布洛赫球，如圖１－１所??不。??對于Ｎ個比特的系統(tǒng)，經(jīng)典比特可以處在Ｎ（０．．．００，０．．．０１，０．．．１０，ｌ．．．ｌｌ）個態(tài)中的某一．個??上，比....

圖１－２?—組通用量子門組

我們可以使用構(gòu)建經(jīng)典計算機同樣的思路，首先使用量子比特構(gòu)建量子邏輯門。??實際上，我們僅僅需要單比特量子門加上一個兩比特的受控非門（ＣＮＯＴ門）就可以組成??通用量子計算門，實現(xiàn)Ｎ量子比特系統(tǒng)上的任意門操作，如圖１－２給出了一組通用量子邏輯??門。因此任意對量子比特系統(tǒng)的操作都可....

圖１－３不同量子計算物理系統(tǒng)的比較

除了以上提到的三種量子計算系統(tǒng)外還有其他很多系統(tǒng)，比如基于金剛石空缺的ＮＶ??色心、液體核磁共振系統(tǒng)（ＮＭＲ）以及拓撲量子計算等。以上提到的各種用于量子計算的??物理體系的特點可以由圖１－３得到對比。任何系統(tǒng)都沒有絕對的優(yōu)劣，只是相對權衡了不同??的方面。當我們使用比特的尺寸去進....

本文編號：3892930