《大尺度量子線路模型的研究》是依託西南交通大學，由羅明星擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大尺度量子線路模型的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅明星
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子計算不僅是量子信息理論的重要分支，也是量子套用的關鍵，已被廣泛套用到物理、計算機科學、密碼學等多個領域。然而，基於小尺度量子計算模型的量子算法往往需要大量基本邏輯門，其線路規模太大而無法擴展量子套用範圍。同時，由於噪聲或環境的干擾，大規模量子線路的物理模擬很容易受到累積錯誤的影響，無法提取正確信息， 從而缺乏物理可執行性，尤其是涉及多個量子系統的大尺度計算問題。因此，大尺度量子線路模型的深入研究具有重要理論和套用意義。本項目的研究目標是：一、利用混合多層量子系統和矩陣理論研究量子系統演化的大尺度分解方法，減少量子基本變換數量；二、基於稀疏矩陣壓縮和量子信息存儲理論實現稀疏量子變換的快速分解，並降低受控量子邏輯門的執行複雜度；三、基於混合分解方法和高階稀疏酉矩陣探索高階量子通有邏輯門，以構造大尺度量子線路模型。
結題摘要
基於小尺度量子計算模型的量子算法往往需要大量基本邏輯門，其線路規模太大而無法擴展量子套用範圍。由於噪聲或環境的干擾，大規模量子線路的物理模擬很容易受到累積錯誤的影響，無法提取正確信息， 從而缺乏物理可執行性，尤其是涉及多個量子系統的大尺度計算問題。本項研究內容包括：利用混合多層量子系統和矩陣理論研究量子系統演化的大尺度分解方法，減少量子基本變換數量；基於稀疏矩陣壓縮和量子信息存儲理論實現稀疏量子變換的快速分解，並降低受控量子邏輯門的執行複雜度；基於混合分解方法和高階稀疏酉矩陣探索高階量子通有邏輯門，以構造大尺度量子線路模型。 首先我們在大尺度量子計算理論模型方面深入研究，得到了一些結論。 基於黎曼幾何理論和群表示理論，給出了基於高維量子態的近似模擬模型，改進了已有的量子近似模擬的誤差結論；基於多層量子系統給出了更容易實現的量子多值邏輯，即通有邏輯門集合；利用光子-固體粒子的相互關聯，基於雙自由光子給出了量子四值模擬模型。其次，結合已有量子模擬模型，我們在大尺度量子模擬模型方面也給出了一些結論。利用光子-固體粒子的相互關聯，結合光子的激化和空間模式自由度給出量子並行計算模擬模型；利用弱非線性光學輔助，也給出了相似的模擬模型；進而，利用光子的三個自由度和原子系綜模型，我們首次給出新的量子模擬模型。在量子分散式計算方面：分別基於NV中心、量子點、原子系綜等給出量子分散式計算模擬模型。此外，在大尺度量子信息處理方面：利用光子的激化和空間自由度給出混雜量子系統的信息融合、混雜系統的量子信息傳輸、純量子受控路由等。希望相關研究成果，可以為將來實現量子計算機和大尺度量子信息處理提供更多可以借鑑的理論成果和技術支撐。
