發(fā)布時間：2018-02-09 21:42

  本文關鍵詞： 量子計算 量子算法 核磁共振 多比特實驗 算法冷卻　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近年來量子信息與量子計算科學得到了迅速的發(fā)展,量子信息處理器被廣泛地用于量子計算、量子模擬、量子度量等方面的研究。不斷有新的量子算法、量子方案被提出,迫切地要求人們不斷提高實驗技術手段,使這些算法和方案能夠早日被實驗實現(xiàn)。核磁共振平臺是一個很好的量子方案測試平臺,其提供了豐富而又精密的量子操控手段。最近幾年很多量子計算方案在此平臺上得到實現(xiàn),并且在此過程中發(fā)展了一系列的實驗技術。本人在液態(tài)核磁共振平臺上,對若干量子算法、量子方案進行了實驗驗證。為了能提高實驗可操控量子比特位數以進行更復雜的量子實驗,掌握并發(fā)展了一系列多比特控制技術,并實現(xiàn)了 7比特標記贗純態(tài)制備。此外提高樣品極化度在量子信息處理過程中起著重要的作用,對如何有效提高樣品初始極化度做了些理論研究工作。本論文的主要內容如下:1.第一章是對量子計算的背景介紹。簡要描述了量子比特、量子邏輯門等基本概念,回顧了一些量子算法,并介紹了幾個目前主流的量子計算物理實驗體系。2.第二章主要介紹基于核磁共振量子計算的基本概念、模型以及量子操控技術。3.第三章介紹了利用核磁共振技術對若干量子算法的實驗演示。第一個工作是實驗驗證量子線性方程組算法,實驗求解了2×2的線性方程組,三組實驗得到的實驗解誤差都只有7%左右,很好地驗證了此算法的正確性和有效性。第二個工作是實驗驗證高斯和算法,利用此算法,實驗實現(xiàn)了對整數9和15的square-free判斷以及square-free分解。第三個工作是實驗驗證了 4比特H型魔態(tài)提純方案。4.第四章討論了有關多量子比特核磁共振體系的實驗操控技術。首先討論了多比特實驗中的技術困難,然后結合制備7比特標記贗純態(tài)實驗對一系列多比特核磁實驗技術進行了描述。5.第五章提出了一種新的基于熱庫的算法冷卻方案。先簡要回顧熱庫算法冷卻以及核Overhauser效應,然后利用關聯(lián)表象下的Redfield方程推導出Γn弛豫過程的具體作用形式。聯(lián)合Γn弛豫與免退相干子空間,提出新的熱庫算法冷卻方案,進一步提高了冷卻的極化度上界。6.第六章是總結與展望。
[Abstract]:In recent years, quantum information and quantum computing science have been developed rapidly. Quantum information processor has been widely used in quantum computing, quantum simulation, quantum measurement and so on. In order to make these algorithms and schemes come true, nuclear magnetic resonance (NMR) platform is a good testing platform for quantum schemes. In recent years, many quantum computing schemes have been implemented on this platform, and a series of experimental techniques have been developed in the process. In order to increase the number of quantum bits that can be controlled in order to carry out more complex quantum experiments, a series of multi-bit control techniques have been mastered and developed. In addition, increasing the polarization of the sample plays an important role in the process of quantum information processing. The main contents of this thesis are as follows: 1. The background of quantum computation is introduced in chapter 1. The basic concepts of quantum bit, quantum logic gate and so on are briefly described. In this paper, we review some quantum algorithms, and introduce some popular quantum computing physics experimental systems .2.Chapter two mainly introduces the basic concepts of quantum computing based on nuclear magnetic resonance. Model and quantum manipulation technology .3.Chapter 3 introduces the experimental demonstration of some quantum algorithms using nuclear magnetic resonance. The first work is to verify the quantum linear equation system algorithm experimentally, and to solve the 2 脳 2 linear equation system experimentally. The error of the three groups of experiments is only about 7%, which proves the correctness and validity of the algorithm. The second work is to test Gao Si and the algorithm. The square-free judgment and square-free decomposition of integers 9 and 15 have been realized in the experiment. The third work is to verify experimentally the scheme of purification of 4-bit H-type magic state. Chapter 4. 4th discusses the experimental manipulating technique of multi-quantum bit nuclear magnetic resonance system. First of all, the technical difficulties in the multi-bit experiment are discussed. Then, a series of multi-bit nuclear magnetic experiments are described with the preparation of 7-bit labeled pseudomorphic states. In Chapter 5. 5th, a new algorithm cooling scheme based on heat reservoir is proposed. Firstly, the cooling of thermal reservoir algorithm and the nuclear Overhauser effect are briefly reviewed. Then, by using the Redfield equation under the correlation representation, the concrete action form of 螕 n relaxation process is derived. A new cooling scheme of heat reservoir algorithm is proposed by combining 螕 n relaxation with non-decoherence subspace. Chapter 6. 6th, which further improves the upper bound of cooling polarization, is a summary and prospect.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O413

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本文編號：1498922