《幾何與拓撲相位及其在容錯量子計算中的套用》是依託華南師範大學，由薛正遠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：幾何與拓撲相位及其在容錯量子計算中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：薛正遠
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子計算是當前十分活躍的研究領域，它的實現將引起信息技術新的革命，具有重要的學術價值與套用前景。量子計算可以實現經典算法無法比擬的計算功效。量子計算物理實現的主要障礙在於操控量子態及相互作用的技術困難。這一技術困難主要根源於量子態的退相干效應。為克服上述困難，最具吸引力的方案之一是利用拓撲相位實現量子邏輯操作，這種操作具有內稟的容錯能力。本項目主要研究容錯量子計算在固態超導體系中的物理實現方案。主要包括以下三個方面內容：1）基於單比特測量的量子計算及其物理實現；2）各種幾何相位及其在量子計算中的套用；3）拓撲量子計算及其可能的物理實現。本項目主要致力於方案的魯棒性(robustness)和可擴展性(scalability)問題，最終目標是為實現大規模量子計算提供理論支持。
結題摘要
量子計算是當前十分活躍的研究領域，它的實現將引起信息技術新的革命，具有重要的學術價值與套用前景。量子計算物理實現的主要障礙源於量子態的退相干效應。在拓撲量子計算中，易被破壞的量子信息可以由拓撲結構方式進行存儲和處理，只要體系的拓撲結構不改變最後的計算結果就不會受到干擾，因而拓撲量子計算具有非常好的穩定性。本項目主要關注幾何和拓撲量子計算的基礎及其物理實現，主要包括以下研究內容和成果。（1）Majorana 費米子的量子操控。①利用拓撲絕緣體和S波超導體的臨近效應，成功地實現了拓撲、超導量子比特以及腔場的耦合，提供了一種可能的途徑來實現拓撲量子計算。②利用納米線和S波超導體的臨近效應，實現了基於測量策略的兩拓撲量子比特控制非門。（2）任意子量子統計的驗證。我們提出了線上路腔量子電動力學中模擬著名的Kitaev模型中阿貝爾任意子的分數量子統計。在s波超導體中引入自旋軌道耦合體系中，我們提出了驗證Majorana費米子的非阿貝爾統計的方案。利用冷原子放在六角光晶格中，實現了含磁場的Kitaev六角格子模型及在此模型中產生的Majorana 費米子的移動，進而驗證其非阿貝爾任意子的統計特性。（3）快速幾何相位門的實現及套用。我們提出利用線路量子電動力學體系去構造快速幾何相位門的方案，此方案對腔場熱噪聲不敏感。我們進一步在量子點和超導線路腔耦合體系中利用兩個連續脈衝的方式就可以使得邏輯門操作可以連續取值。另外，我們也研究了上述快速量子邏輯門操作在量子糾纏態的製備中的套用。（4）非阿貝爾幾何相位的探測。我們利用三能級的Lamda能級的近似兼併能態去實現非阿貝爾幾何相位，這樣就很容易在實際的原子體系中找到對應的能級。同時，用三個超導比特與一維線路腔的耦合也可以構造出一個等效的四能級結構，彌補了現實中沒有此能級結構原子的缺陷。（5）冷原子中自旋軌道耦合的實現及套用。①考慮到要在實驗上近剛實現的自旋軌道耦合BEC可以模擬Dirac方程，我們提出了探測巨觀Klein隧穿特性的理論。②注意到最近實驗實現的自旋軌道耦合費米原子氣體可以用來模擬Su-Schrieffer-Heeger模型，我們提出了冷原子模擬分數電荷模型的實驗方案以及可行的探測方法。
