《可擴展的一維及高維量子隨機行走及其物理實現》是依託東南大學，由薛鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：可擴展的一維及高維量子隨機行走及其物理實現
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：薛鵬
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子隨機行走以優於經典的特性廣泛套用於量子算法的開發，尤其以對oracular（如黑盒）問題的指數加速及搜尋問題的多項式加速而著稱，是量子計算的重要研究方向。利用現有實驗條件和基礎，實驗實現量子隨機行走凸顯出其重要性和迫切性。本項目通過對各種物理體系的研究分析，包括量子硬幣和行走者的選擇，硬幣翻轉和條件性位移操作及體系的相干性和可擴展性的分析，最終選擇兩種最易於實驗實現量子隨機行走的體系- - 離子阱和半導體腔QED系統。針對這兩種體系，提出大規模、一維及高維量子隨機行走的物理實現方案。本項目具有三個層面上的意義：硬體上，利用目前最具潛力率先實現量子計算機的系統可望完成量子算法的模擬、演示和實現；軟體上，利用量子隨機行走的優越性開發新的、更快的量子算法；提供審視量子糾纏和相干性的又一嶄新平台。上述理論取得成功，必將對量子計算機的實驗研究起指導性作用，並最終推動量子計算機實用化、集成化和產業化。
結題摘要
在項目資助期間，在量子隨機行走，量子計算的物理實現和量子態工程三個方面取得了一定成就，共在Physical Review A等SCI收錄學術期刊上發表高水平學術論文21篇，另有1篇已經接收，1篇實驗文章公開發表於arXiv上並已投稿。針對量子隨機行走這一課題，研究工作進展順利，進度符合項目年度計畫，達到預期研究成果。 1.研究多粒子的量子隨機行走，首先選擇多個硬幣的量子隨機行走方案，在位置和位相空間上的交替行走。物理實現方面，我們選取腔QED系統，原子的內態作為量子硬幣，腔模光場作為量子行走者，原子與光場共振情況下的相互作用實現在位置空間上的行走，原子與光場大失諧情況下的相互作用實現在位相空間上的行走。通過數值計算，我們觀測到多硬幣量子隨機行走的的量子特性。邀稿文章發表於Journal of Computational and Theoretical Nanoscience。2.研究多行走者的量子隨機行走，每個行走者交換硬幣，通過硬幣之間的糾纏建立起量子行走者之間的經典和量子關聯。以多粒子量子隨機行走作為平台研究兩體多維的量子關聯的演化。文章發表於Physical Review A。3.研究周期性驅動量子硬幣，從而實現行走者的行為在量子行走和經典行走中周期性輪換，突破了以前的認識，即量子行走蛻化到經典行走不可逆。文章發表於Physical Review A。4.在物理實現方面，我們分別利用金剛石NV色心中超導磁通比特以及束縛在光腔中的中性原子實現量子隨機行走，並證明在位置空間和位相空間中的行走對彼此互為消相干行走，導致量子行走行為逐漸喪失量子特性而轉換為經典行走。文章發表在Physical Review A，Chinese Physics B等。5.考慮到消相干對量子隨機行走的影響，我們分別研究了馬爾科夫噪聲和非馬爾科噪聲對量子隨機行走的影響，並定量分析各種因素，各種噪聲信道對量子行走蛻化至經典行走的影響。文章發表於Chinese Physics B。並受到Chinese Physics B量子信息專題綜述邀請撰寫綜述論文，詳述缺陷和消相干對於分離時間的量子行走的特性的影響。6.利用單光子和beam displacer干涉儀實現存在位相缺陷的隨機行走，在隨機行走的框架中實驗觀測到Anderson localization現象和Bloch Oscillation現象。
