基于超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号研究进展

量子纠缠微波信号是微波频段的连续变量纠缠态,在固态量子信息处理、量子计算机和量子通信等领域有巨大的应用前景.在超导条件下利用泵浦信号驱动约瑟夫森结可以产生纠缠微波.简述了约瑟夫森参量放大器、约瑟夫森环形调制器和约瑟夫森混合器3种参量设备,介绍了2种基于超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波生成方案,比较了它们的异同,并指出了目前存在的问题,预测了纠缠微波未来的研究方向和发展趋势.     

用约瑟夫森结量子比特制备簇态

高度纠缠的簇态是一种常见的测量基的量子计算的资源。这里提出了基于约瑟夫森比特的簇态实现方案。方案简单且易于操作,每个量子比特是通过包括一个超导岛和一个库伯对盒来实现的,任意两个约瑟夫森结量子比特可以通过一个对称的直流射频超导干涉仪相互耦合。通过调节每个实现量子比特的的门电压,来设定合适的初态,通过调节系统内相应的参量从而实现一个一个环路的耦合作用,以实现簇态。经过文章理论推导,方案简便易操作。在现在的技术条件下,方案完全可行。     

含有超导约瑟夫森结介观互感电路的量子化及其量子效应

给出了含有超导约瑟夫森结的介观互感电路的量子化方案,借助于压缩幺正变换求出了体系的能级以及基态矢量,研究了体系中结端"过剩电荷"(excess charge)与相位差在基态下的量子涨落.结果表明,体系的基态为一旋转的两单模压缩真空态.     

电容耦合电荷量子比特的调控及纠缠特性

摘 要：借助于狄拉克的正则量子化原理,对电容耦合的双约瑟夫森结电荷量子比特体系实施量子化。考虑到平行于约瑟夫森结面的磁场对结电流的影响,提出了一种新的电荷量子比特的调控方法,并且讨论了外加磁场作用下体系量子态时间演化的拉比振荡现象及纠缠特性。结果表明,利用该体系可以制备纠缠态,改变外加磁通Φ1和Φ2的大小能够实现对电荷量子比特及其纠缠态的有效调控。     

基于偏差的李雅普诺夫方法超导量子比特系统调控

应用李雅普诺夫控制理论,对含约瑟夫森结电荷量子比特系统的状态实施了有效调控。数值仿真表明：基于偏差的李雅普诺夫控制方法不仅避免了复杂的迭代计算,而且可以确保量子系统的稳定。因此,李雅普诺夫方法是一种具一定有实用意义的调控方法。     

约瑟夫森混合器等效电路参数对三波混频强度的影响研究

约瑟夫森混合器是一种能够生成纠缠量子微波信号的电路。建立了约瑟夫森混合器的等效电路模型,对三波混频哈密顿量进行量子化,研究了约瑟夫森结的临界电流、分路线性电感、谐振器传输线等效电感以及外加穿过环路磁通对三波混频强度的影响。仿真结果表明,约瑟夫森结的临界电流决定了选择的线性电感最大值,而对三波混频强度影响不大;线性电感的大小决定了外加穿过环路磁通的最优值以及三波混频强度的最大值;谐振器传输线等效电感在允许范围内越小越好。研究对于有效选择电路元器件参数,提高纠缠量子微波生成能力有重要价值。     

含约瑟夫森结电路的特性分析和研究

提出了超导约瑟夫森结模型(并联电阻—电容结模型)，给出了约瑟夫森效应的一些重要结果。在分析约瑟夫森结电路方程时，研究了其中出现的混沌特性和子台阶现象。计算获得的结果对混沌数字通信和超导电子学的应用将起到重要作用。     

红外探测器研究前沿

本文介绍了当前几种有发展前途的红外探测器,它们是:液氮温区超导测辐射热计,超导约瑟夫森结红外探测器,量子阱窄带红外探测器,非平衡状态下工作的碲镉汞红外探测器以及外延生长硒酸三甘肽热释电红外探测器。     

超导亚毫米波阵列振荡器的扰动模拟

本文系统地研究了超导亚毫米波阵列振荡器。首先介绍了约瑟夫森结阵列振荡器的基本原理 ,然后根据原理引出超导亚毫米波阵列振荡器的模型 ,最后 ,根据约瑟夫森原理 ,对超导亚毫米波阵列振荡器的模型进行了模拟和分析 ,仿真得出了振荡器各项参数值 ,并给出了相位锁定的条件     

基于FDTD的约瑟夫森结与超导传输线协同分析方法

为实现高性能处理器,超导RSFQ（快速单磁通量子）电路被提出.该电路主要由超导约瑟夫森结和超导无源传输线组成,对其建模分析是超导RSFQ电路设计的基础.本文提出了基于FDTD（时域有限差分）的约瑟夫森结与超导传输线的协同分析方法.该方法采用FDTD数值方法求解超导传输线的电报方程.在超导传输线与约瑟夫森结交界处的非线性边界条件上,采用了Newton-Raphson迭代算法.数值结果表明,本文提出的约瑟夫森结和超导传输线的协同分析方法与WRspice仿真软件相比具有相同精度,且运算效率显著提高.     

一种量子竞争学习算法

量子计算（Quantum Computation）以其独特的性能引起广泛瞩目。本文尝试将量子计算与传统的神经计算结合起来，通过设计若干个量子算子来构造Hamming神经网络的量子对照物，从而提出一种量子竞争学习算法（Quantum Competitive Learning Algorithm,QCLA），它能够实现模式分类和联想记忆。     

量子计算及量子计算机

介绍了量子计算和量子计算机的基本概念,分析了量子计算比之经典计算的特点,讨论了量子计算机物理上的几种可能实现方法,最后展望了量子计算机的应用前景。     

量子通信与量子计算

量子信息学是物理学目前研究的热门领域，它主要包括量子通信和量子计算，文章简要介绍了量子通信和量子计算的理论框架，包括量子纠缠、量子不可克隆定理、量子密钥分配、量子隐形传态、量子并行计算、Shor以及Grover的量子算法，并介绍该领域的研究进展。     

粤港澳大湾区量子保密通信与量子网络发展战略

量子保密通信与量子网络作为战略性前沿技术,与国家安全和前瞻性技术战略关系密切,具有广泛应用的潜力。简要综述量子保密通信与量子网络的研究进展以及产业基础,分析国际量子科技战略,提出遵循粤港澳大湾区发展创新驱动、改革引领的基本原则,集聚国际创新资源,攻关量子网络的基础科学和若干实用关键技术,规划部署粤港澳大湾区量子干线和制定QKD量子网络评估策略,有助于打造湾区国际量子创新高地及培育具有国际竞争力的量子保密通信与量子计算现代产业体系。     

克服腔QED中比特反转错误的无退相干子空间量子计算

提出了一种抑制集体比特反转错误的无退相干子空间量子计算方案。该方案基于腔电动力学系统,用囚禁于腔中的两个相邻原子编码一个逻辑比特的编码方案,构造出不受比特反转错误影响的四维无退相干子空间。并通过调节外加光场和与腔的耦合,在此无退相干子空间中实现了两个非对易的单比特操作和控制相位门,从而实现了克服集体比特反转错误的通用量子计算。     

量子信息理论与技术

阐述了量子计算、量子编码、量子通信及量子密码的基本思想与研究新进展,提出了量子信源编码的率失真概念,利用交织器处理量子部分消相干问题的思想及量子多址通信与量子信号阵列处理结合的想法。     

超导电路与体声波谐振器组成的量子iSWAP门方案

高保真度量子门的物理实现是量子计算和量子通信的关键技术之一。根据电路量子声动力学和量子电动力学,提出了由两个具有较长相干时间的超导transmon qubit和一个具有高机械品质因数的薄膜体声波谐振器组成的量子门方案,体声波谐振器起到类似微波光子通道的作用,使两个transmon qubit之间实现量子态交互。该文先用Butterworth van Dyke模型分析体声波谐振器在方案中的等效电路,构建系统的量子化哈密顿量,再用二能级原子 声子混合量子态形式编码系统的量子态,通过调节外磁场来调控系统的输入态,系统的输出态可通过测量模块得到。在Jaynes Cummings模型下,该系统能完成具有高保真度的量子相位交换（iSWAP）门操作。     

量子纠缠联想记忆

提出一种基于量子纠缠的联想记忆神经网络(QuEAM).对比传统的联想记忆网络,QuEAM的存储容量得到了指数级的增大.学习算法是根据纠缠量度的性质,采用Grover量子迭代算法的基本原理局域放大量子位(qubit)的概率振幅,相当于传统计算机的按位操作,讨论了这个学习算法下的量子基本原理.最后给出具体的例子说明了算法的有效性.     

量子神经动力学分析

量子计算与神经计算的结合是当前人工神经网络理论发展的一个前沿课题,由此而产生的量子神经计算范式具有很高的理论价值,我们在量子理论基本原理的基础上讨论了把量子理论引入神经计算领域的可能性和可行性,并详细分析量子神经的动力学行为,为以后建立量子神经网络和研究量子神经网络的学习算法打下了坚实的理论基础.最后简单讨论了一些与量子神经计算有关的其它问题.     

量子GA-PLS特征选择算法及其应用

为进一步提高遗传算法-偏最小二乘法的计算速度和计算效率,将量子算法融合到遗传算法-偏最小二乘法中,提出一种新的特征选择方法—量子遗传算法-偏最小二乘法（Quantum Genetic Algorithm-Partial Square Least,QGA-PLS）算法。该方法利用量子态和叠加态原理对染色体进行编码,采用量子旋转门进行遗传操作,以实现参数的更新和增强种群多样性,同时,用量子计算重新构建了偏最小二乘法回归模型来计算个体适应度,以充分发挥快速收敛和全局优化能力。将方法应用于函数极值优化和Iris数据集的特征选择,实验结果表明,QGA-PLS在特征选择、运算时间和分类准确率方面优于QGA和GA-PLS,从而验证了QGA-PLS算法的有效性。