發(fā)布時(shí)間：2021-02-18 07:01

　　量子人工智能是量子力學(xué)和人工智能技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。一個(gè)量子系統(tǒng)具有相干性,即該系統(tǒng)有可以同時(shí)存在多種狀態(tài)組合的特性。這種特性使得將量子系統(tǒng)作為計(jì)算比特時(shí),會(huì)有先天并行性計(jì)算的優(yōu)勢。由此衍生出來的量子計(jì)算科學(xué),正是當(dāng)下的一個(gè)熱門研究方向。同時(shí),近幾年來快速發(fā)展的人工智能技術(shù),已慢慢成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢煞指畹囊徊糠?比如圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛、城市大腦等等。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨,人工智能對計(jì)算機(jī)算力的要求也是不斷提高,這使經(jīng)典計(jì)算機(jī)不斷地逼近摩爾定律所限制的瓶頸。在這樣的一種背景下,我們想將量子力學(xué),特別是量子計(jì)算,與人工智能相融合,利用量子并行性計(jì)算所帶來的算力優(yōu)勢,服務(wù)于更加復(fù)雜,數(shù)據(jù)量更大的人工智能算法。實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理系統(tǒng)有許多種,比如超導(dǎo)系統(tǒng)、離子阱系統(tǒng)等等。線性光學(xué)系統(tǒng)通常以光子態(tài)的偏振、路徑等作為量子比特,通過控制每個(gè)量子比特的狀態(tài),來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的計(jì)算任務(wù)。這種系統(tǒng)具有相干時(shí)間長、編碼維度多、能在室溫下運(yùn)行等諸多優(yōu)點(diǎn),所以能支持多種人工智能算法的量子版本,并能縮短相應(yīng)的運(yùn)算時(shí)間。本文所取得的主要研究成果如下:1.用梯度下降方法搜索最優(yōu)量子相干凍結(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究量子相干是量子系統(tǒng)的一... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１量子人工智能問題的分類

第二章線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及門操作的構(gòu)建??２．１．１雙光子糾纏源??參量下轉(zhuǎn)換（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ?ｄｏｗｎ－ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＰＤＣ）是一種利用非線性光學(xué)過??程［２４］產(chǎn)生光子對的方法。其中泵浦光在具有ｘ（２）的非線性晶體中，會(huì)轉(zhuǎn)換為??信號光和閑置光［２５］。自發(fā)的參量下轉(zhuǎn)換，或者說是參量熒光，在上世紀(jì)６０年??代就已經(jīng)觀察到了?［２６，２７］。從量子光學(xué)的觀點(diǎn)來看，如圖２．１所示，參量下轉(zhuǎn)換??是從母光子（泵浦光）中，同時(shí)產(chǎn)生雙子光子的過程［２８］。該過程的相互作用??（２）?ｓｉｇｎａｌ??ｐｕｍｐ??—??ｉｄｌｅｒ??圖２．１?非線性晶體中的參量下轉(zhuǎn)換過程［２４］。??哈密頓量片表示為［２５］??Ｈ?＝?ｈｇ（ａ＼ａ＼ａ０?＋?ａ〇ａ２＾ｉ）＞?（２．１）??其中４和４分別是泵浦光（ｉ?＝?０），信號光（ｉ?＝?ｌ）和閑置光（ｉ?＝?２）的產(chǎn)生??湮滅算符，＾是耦合常數(shù)。公式２．１中的第一和第二項(xiàng)分別表示參量下轉(zhuǎn)換及其??逆過程。在連續(xù)波近似下，信號光和閑置光的總頻率必須與栗浦光的頻率相同??（即要滿足能量守恒條件）。另外，這個(gè)過程還必須要滿足相位匹配，以使產(chǎn)生??的每個(gè)光波在非線性晶體中的每個(gè)點(diǎn)處都有相同的相位。這些條件可以表示為：??Ｕ〇?—?Ｕ＞１?ＵＪ２，?（２．２）??ｋ〇?＝?ｋ！?＋?ｋ２，?（２．３）??其中咕和１＾分別是光的頻率和波矢。這些條件正是光子的能量和動(dòng)量守恒。這??就導(dǎo)致了信號光子和閑置光子在能量和動(dòng)量上自然地具有相關(guān)性。另外，在實(shí)??際情況下，信號光子和閑置光子的發(fā)射是同時(shí)進(jìn)行。公式２．２和２．３中的相關(guān)性可??以被光子對同時(shí)檢測的方法所證實(shí)［２８］

?第二章線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及門操作的構(gòu)建???＾Ｔ＼ＸＡ??—０—＜?ＢＳ?＼?｜ＨＶ＞＋｜ＶＨ）??ｐｕｍｐ?Ｘ?Ｘ??ｃｒｙｓｔａｌ?Ｘ｜Ｈ）?＇?Ｂ??圖２．２用Ｉ型參量下轉(zhuǎn)換和分束器生成偏振光糾纏的光子對。將參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的其中??一個(gè)光子通過４５°的半波片（ｈａｌｆ－ｗａｖｅ?ｐｌａｔｅ，?ＨＷＰ）以獲得一對偏振正交的光子。??然后，在分束器（ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＢＳ）處將光子對匯合。利用后選擇方法，同時(shí)在??Ａ和Ｂ兩個(gè)輸出端口處測到光子的狀態(tài)為２．５?［２４］。??信號和閑置光子具有互相垂直的偏振。兩種類型都可以用來產(chǎn)生偏振糾纏的光??子對。??在最早制備偏振糾纏態(tài)的工作中，研宄人員一般是利用Ｉ型參量下轉(zhuǎn)換，??并結(jié)合使用偏振分束器（偏振無關(guān)的半反射半透射鏡）來完成的［３１，３２］。如??圖２．２所示，研究人員會(huì)先將一個(gè)光子的偏振轉(zhuǎn)９０°?（對應(yīng)于半波片轉(zhuǎn)４５°）來獲??得兩個(gè)偏振正交的光子，然后在分束器處將這兩個(gè)光子進(jìn)行合并。當(dāng)這兩個(gè)偏??振為｜丑＞?和｜Ｖ〇的光子在分束器處匯合后，雙光子偏振態(tài)可以表示為卩２］??１＾）?＝?￣＾（Ｉ＾）ａ?＋?＊１－＾）６）?＜２＞?－ｙ＝（－ｉ＼Ｖ）Ａ?＋?＼Ｈ）ｂ）??ｖ?＾?Ｖ?＾?（２．４）??＝＾（Ｉ＾）ａＩ＾）ｂ?＋?＼Ｖ）ａ＼Ｈ）ｂ?－?ｉ＼Ｈ）ａ＼Ｖ）ａ?＋?Ｉ＼Ｈ）Ｂ＼Ｖ）Ｂ），??其中Ａ和Ｂ分別表示分束器的兩個(gè)輸出端口。我們不難發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)是一個(gè)直積??態(tài)，并沒有糾纏。但是，如果我們選擇在Ａ和Ｂ端同時(shí)測到光子的情形，那么??這樣一個(gè)后選擇（ｐｏｓｔ－ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）結(jié)果的狀態(tài)會(huì)由等式中的前兩個(gè)項(xiàng)組成：??＼＾）?＝?１＝（＼Ｈ）


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