分布式离子阱量子计算的发展和应用

分布式离子阱量子计算是一种将囚禁离子处理器作为计算节点,通过离子-光子纠缠连接各计算节点而建立的量子计算模型。在金融、化学、密码学等领域需要巨大的计算量,分布式离子阱量子计算有望突破这些领域现有方法的局限,从而获得广泛应用。对分布式离子阱量子计算的原理、现状进行分析和研究,并对未来可能的发展方向与应用场景进行展望。     

杂质对方形量子点基态能和束缚能的影响

用有限差分法求解了二维方形量子点中有 杂质时的量子体系,得到了离散薛定谔方程。对体系中电子处于基态时的能量和杂质的束缚能进行了数值计算,讨论了不同间距的杂质离子对不同尺寸量子点中电子的基态能量和束缚能的影响。计算结果表明：量子点中电子基态能量是杂质位置和量子点尺度的函数;基态能量随着量子点尺度的增加先急剧减小后缓慢增大,最后趋于定值;杂质对电子的束缚能随着量子点尺度的增加而减小;杂质间距越小对量子点基态能影响越大。     

量子计算机技术发展趋势

根据美国国防高级研究计划局的量子信息科学技术路线图2.0版和<欧洲量子信息处理与通信的研究现状、远景及目标战略报告>1.4版,现在研究的有7种确定的量子计算技术(核磁共振量子计算,离子陷阱量子计算,中性原子量子计算,腔量子电动力学,光量子计算,固态量子计算,超导量子计算)和10多种潜在的量子计算技术.它们可归结成两类,一类是利用原子阱、离子阱俘获原子、光子,实现量子比特的非固态量子计算技术,另一类是采用半导体、超导体等材料的固态量子计算技术.     

D-Wave的量子计算进展值得关注

量子计算机可理解为信息对抗领域的原子弹。为此,美国已在量子计算领域投入巨资并走在世界前列[1]。首先是美国军方的高度重视。美国国防高级研究计划局(DARPA)制定了一个“量子信息科学和技术发展规划”,2002年12月发表1.0版,2004年4月发表2.0版,其目标是:在2012年前开发出各种复杂的量子技术,从核磁共振量子计算、离子陷阱量子计算、中性原子量子计算、谐振量子电子动态计算、光量子计算、固态量子计算、超导量子计算和“独特”量子位(如液态氦上的电子等)     

Paul阱中共线两离子量子力学问题

运用熟知的级数截断方法,设计程序计算了线性Paul阱中两离子量子门系统Schr(o)dinger方程的精确解,分析了质心波函数几个较低能级的态,并作出对应的几率分布图;计算相对距离的方均差△r2＞(h)/2,相对运动的动量方均差△p2＜(h)/2,并满足量子力学的Heisenberg不确定度关系△r.△p＞(h)/2,它满足压缩态的条件,即质心处于基态时,两离子相对位置的量子态是一个压缩态,并得到了两离子纠缠态的表达式.纠缠的存在对量子计算和量子信息有影响,量子测量的不确定度和纠缠是在实验中应加以考虑的问题.     

通信波段稀土离子掺杂固态量子存储进展

量子互联网是实现多方量子通信、分布式量子计算等量子信息技术的重要基础,量子存储器作为实现互联网的重要部件,对量子信息技术的发展、应用具有举足轻重的作用。如今遍布全球的光纤网络已经是信息传输的有力载体,通信波段的量子存储器因容易嵌入到当前的光纤网络中而备受重视。聚焦于稀土离子掺杂固态体系的通信波段光量子存储,首先介绍稀土离子掺杂固态量子存储的基本原理,包括稀土掺杂材料特性以及存储协议等,然后介绍目前的研究现状,最后简要分析其未来的发展趋势,并对量子互联网的构建做出展望。     

量子计算基准测评技术进展及趋势

量子计算是“后摩尔时代”先进计算领域的候选焦点。大规模商用量子处理器尚未攻破,各方也在积极探索未来的应用模式。基准测评技术是推动量子计算底层硬件开发和应用落地的重要力量。调研综述了量子计算基准测评研究发展现状,对量子计算基准测评的体系架构进行了初步梳理,并对量子计算基准测试的重要性、面临的问题及发展趋势进行了分析展望。     

纤锌矿应变GaN柱形量子点中离子受主束缚激子的带间光跃迁

在有效质量近似基础上,考虑强的内建电场效应,变分计算了纤锌矿结构的GaN柱形量子点中带电量为 的离子受主束缚激子(A?, X)的发光波长。结果表明,离子受主束缚激子发光波长强烈依赖于量子点的尺寸（高度和半径）、离子受主杂质的位置和垒中Al含量。随着量子点高度、半径及垒中Al含量的增加,离子受主束缚激子发光波长增大。随着离子受主杂质从量子点左边垒中沿z轴方向移至量子点左边界时,发光波长先增大,在量子点的左界面附近达到极大值;随着离子受主杂质在量子点内继续右移,发光波长减小,当杂质位于量子点的右边界附近时光跃迁波长达到极小值;进一步右移离子受主杂质至量子点的右边垒中时,发光波长增大。和自由激子光跃迁波长相比,当离子受主杂质位于量子点中心的左边时,杂质的引入使发光波长增大,当离子受主杂质位于量子点中心的右边时,杂质的引入使发光波长减小。     

基于电子波干涉红外探测器的研究

电子波干涉法是一种新的量子阱探测器能带结构计算方法,该方法是基于电子波在量子阱界面的反射和干涉效应提出的。利用电子波干涉法,设计了一种新型的宽带量子阱红外探测器。对这种探测器的能带结构进行了计算,分析了这种新型探测器的响应带宽和暗电流特性。理论计算表明:电子在干涉形成的分离能级间跃迁可形成多个响应带,这些响应带之间相互交叠可实现宽带响应;器件的暗电流在微安量级且随温度的变化不大。共振隧穿电流随温度的变化较小,是暗电流的主要组成部分;而热离子激发电流随温度的变化较大,但对暗电流的影响不大。     

FinFET纳电子学与量子芯片的新进展

综述了后摩尔时代中两大发展热点:鳍式场效应晶体管(FinFET)纳电子学和基于量子计算新算法的量子芯片的发展历程和近两年的最新进展。在FinFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展现状,包括FinFET的发展、10 nm和7 nm技术节点的量产、5 nm和3 nm技术节点的环栅场效应晶体管(GAAFET)和2 nm技术节点的负电容场效应晶体管(FET)的前瞻性技术研究以及非Si器件(InGaAs FinFET、WS2和MoS2两种2D材料的FET)的探索性研究。指出继续摩尔定律的发展将以Si基FinFET和GAAFET的技术发展为主。在量子芯片领域,综述并分析了超导、电子自旋、光子、金刚石中的氮空位中心和离子阱等五种量子比特芯片的发展历程,提高相干时间、固态化及多量子比特扩展等的技术突破,以及近几年在量子信息应用的新进展。基于Si基的纳米制造技术和新的量子计算算法的结合正加速量子计算向工程化的进展。     

量子计算发展与应用动向研究

量子计算作为一项前沿颠覆性技术,已经引起世界主要国家和地区的广泛关注.文中系统梳理了美国、欧盟、俄罗斯、日本等世界主要国家和地区在量子计算领域的战略布局;结合近年来国内外研究成果,总结了量子硬件、量子算法、混合量子计算等核心技术的发展现状及趋势;基于军方的最新研究部署,分析了量子计算的军事应用动向;围绕IBM、Goog...     

Tb~(3+)-Yb~(3+)离子对的近红外量子剪裁研究进展

近红外量子剪裁能够有效地提高硅太阳能电池的效率。稀土元素种类繁多,能级丰富,常被用于制作近红外量子剪裁发光材料。研究者们用适当的方法制成发光材料之后,测量材料的吸收光谱,激发光谱和发射光谱。根据这些数据计算得到材料的量子效率。其中Tb~(3+)-Yb~(3+)离子对备受关注。Tb~(3+)吸收紫外-可见光,通过协同能量传递把能量传递给Yb~(3+)离子。Yb~(3+)离子跃迁辐射出1000 nm左右的近红外光。该波段的光子能够被硅太阳能电池吸收利用。Tb~(3+)-Yb~(3+)离子对在不同掺杂浓度,不同基质中得到的量子效率不同。     

量子互联网关键技术与发展研究

量子互联网将量子计算、量子测量与通信相融合,可谓是量子信息技术演进的未来目标。然而,量子力学规律的限制,例如量子不可克隆、量子纠缠与测量坍塌等,对网络的网络功能、协议设计以及传输与中继等方面提出了新的挑战。首先介绍了量子互联网的基本概念与发展路径,考虑量子通信特性与经典通信的不同之处,从量子物理设备、网络协议、量子退相干与量子中继等方面对实现量子互联网的关键技术进行总结,并对量子互联网的发展进行了展望与建议。     

Tb3+-Yb3+离子对的近红外量子剪裁进展研究

近红外量子剪裁能够有效地提高硅太阳能电池的效率。稀土元素种类繁多,能级丰富,常被用于制作近红外量子剪裁发光材料。研究者们用适当的方法制成发光材料之后,测量材料的吸收光谱,激发光谱和发射光谱。根据这些数据计算得到材料的量子效率。其中Tb3+-Yb3+离子对备受关注。Tb3+吸收紫外-可见光,通过协同能量传递把能量传递给Yb3+离子。Yb3+离子跃迁辐射出1000nm左右的近红外光。该波段的光子能够被硅太阳能电池吸收利用。Tb3+-Yb3+离子对在不同掺杂浓度,不同基质中得到的量子效率不同。     

离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的GaNAs／GaAs和GaInNAs／GaAs量子阱的影响

研究了离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的GaNAs／GaAs和GaInNAs／GaAs量子阱的影响．研究表明离子损伤是影响GaNAs和GaInNAs量子阱质量的关键因素．去离子磁场能有效地去除了等离子体活化产生的氮离子．对于使用去离子磁场生长的GaNAs和GaInNAs量子阱样品,X射线衍射测量和PL谱测量都表明样品的质量被显著地提高．GaInAs量子阱的PL强度已经提高到可以和同样条件下生长的GaInAs量子阱相比较．研究也表明使用的磁场强度越强,样品的光学质量提高越明显．     

KTiOPO_4晶体中Cr离子的光谱特性

通过实验测得ＫＴｉＯＰＯ４：Ｃｒ晶体的室温吸收谱、激发谱，室温和液氮温度下激光诱导荧光谱及各发射带的荧光寿命，进而计算得到了Ｃｒ离子的晶场参数、吸收截面、发射截面及量子效率。结果表明Ｃｒ离子受晶场的影响较弱，但具有较强的电子－声子耦合。室温下较大的无辐射跃迁几率导致了较低的量子效率。实验上没有观察到四配位Ｃｒ离子的光谱特征。最后，对上述结果结合Ｃｒ离子配位情况进行了讨论。     

激光强度涨落对两囚禁离子纠缠度的影响

囚禁离子的纠缠态在量子计算和量子信息方面有极为重要的应用。由于量子系统的特性，激光强度不可避免的发生涨落，其对囚禁离子的纠缠度有显著影响。从反J-C模型出发，利用共生纠缠度标准，分析了激光强度涨落对系统纠缠动力学的影响，并与利用J-C模型时的情形做了适当对比。结果显示：激光强度涨落产生的噪声使两离子纠缠度随时间呈现类似指数衰减；激光强度较弱时，利用正反J-C模型所得系统纠缠动力学有显著差别。     

钒酸钇晶体基质的合作能量传递导致的Yb~(3+)离子的双光子近红外量子剪裁

正太阳能电池新能源的研究是当前国家与社会发展的重大需求,稀土材料近红外量子剪裁现象就是"新能源"与"稀土高效发光"国际科技发展前沿的应用基础课题研究。研究了钒酸钇晶体(A)YVO_4和(B)Yb(0.45):YVO_4磷光体材料的近红外量子剪裁发光现象,实验测量了它们的激发谱、发光谱和荧光寿命。发现钒酸钇晶体基质的322 nm光激发能导致有效地从钒酸钇晶体基质到Yb~(3+)离子的二级的合作能量传递,进而导致了很强的Yb~(3+)离子的985.0 nm~2 F_(5/2)→F_(7/2)的近红外量子剪裁发光。另外,测量计算发现它的能量传递效率为η_(tr,0.45%Yb)=78.2%,总的理论量子剪裁效率上限值为η_(0.45%Yb)=178.2%。该研究对改善太阳能电池效率有一定意义。     

银河TS-1向量处理及其在量子计算中的应用

量子计算是近年来新出现的计算技术,具有非常好的发展前景,目前量子计算的研究大多通过在经典计算机上模拟实现.向量运算是量子计算模拟的基础,增强向量运算能力,可以提高量子计算模拟的性能和效率.本文以银河TS-1高性能嵌入式微处理器的中的向量处理技术为基础,提出了在向量微处理器上实现量子计算的基本方法,并对其进行了性能模拟,分析了微处理器向量部件设计对量子计算模拟的影响以及改进方法.     

基于量子衍生算法的8-puzzle问题分析

阐述了量子编码形式的多样性,概述了8-puzzle启发式搜索问题的量子衍生算法与计算策略;通过设置扩展深度界限,运用量子计数器和酉变换操作进行8-puzzle问题的量子计算.讨论了量子衍生算法与经典算法的比较．对启发式智能搜索在量子计算机上的实现方式作了进一步的讨论．