量子纠缠信令传输损伤模型及修复策略研究

为了建立量子纠缠信令在自由空间传输时的损伤模型,提出了信令传输损伤度与传输距离的关系,给出了量子信令的中继方案和信令损伤修复策略。仿真结果表明,在收、发两端望远镜的孔径数值、传输因子和载体光子的波长三个参数一定的情况下,传输损伤度与距离、定位损耗密切相关,定位损耗的变化对信令传输损伤度影响很小。因此,影响信令传输损伤度的主要因素是通信距离,量子信令在自由空间的远距离传送需要增加中继器。     

研究进展

中国科学家首次实现复合系统量子态隐形传输日前,我国科学家在国际上首次成功实现复合系统量子态隐形传输和六光子纠缠态的操纵,被赞为“在大尺度量子通信研究中取得的长足进展”。据介绍,复合系统量子态隐形传输的实现为各种实用化的量子信息研究开创了新起点,在容错量子计算、量子中级、铺上量子纠错等重要研究方向具有极其深远的影响。由于未知量子态不能被精确克隆,传输未知量子态似乎只能通过传输物质粒子加以实现,而传输过程中的损耗和干扰导致量子信息的传输极其困难。潘建伟及其同事对这一世界性难题进行了近十年的研究,通过改造飞…     

量子远距传态（Teleportation）在量子计算网络中的实现

本文提出了一个通过量子计算网络对三个未知量子态同时进行量子远距传态（teleportation)的方案，对比以前的远距传态方案，本方案不仅效率高，更符合量子远距传态（teleportation）的原始定义，而且 容易扩展到同时传输多个未知量子态和多粒子最大纠缠态。     

基于两级偏振分光镜的量子信令纯化方案

为解决量子信令在远距离传输过程中的纯化中继问题,提出了基于两级偏振分光镜的纠缠纯化方案。采用三个偏振分光镜构建方案,第一级含一个偏振分光镜,第二级有两个偏振分光镜,让混合态的量子信令纠缠态通过两级偏振分光镜后,会产生一对新的纠缠态,继而用新的纠缠态来替代原来的混合态,最终实现纯化的目的。对每一种输入态进行分析验证,结果表明,所提出的纠缠纯化方案可以有效的实现量子信令的纯化,具有很好的应用性和操作性。该方案的研究对未来量子通信中信令的传输具有一定的技术参考作用。     

利用Bell态实现量子隐形传态

量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。文章从信息论的角度描述了量子比特、量子纠缠态，如何利用量子线路实现Bell态，提出了一种利用Bell态实现隐形传态的简单结构的量子线路，证明该量子线路是可行的，为进一步研究量子密码通信奠定了基础。     

一维量子点阵列的自旋链上信息传输

基于紧束缚模型的实空间格点组成的一维线性均匀有序的量子点阵列为研究对象,然后利用演化算符的作用使其在量子点阵列的自旋链上进行单量子比特的信息传输。即使用演化算符 使单比特量子态从量子点阵列起始端为多粒子态 传输到末端态为 ,最后在此基础上计算概率来讨论了单量子比特能从起始端的多粒子态 的第一个量子比特完全传输到态 的末端第N个量子比特是可能的。     

量子移动互联通信传输及路由协议研究

构建了量子无线通信网络模型,通过中继点两端量子信道的建立获得源端所发出的信息,实现多级量子无线网络信息的传输;基于经典认证,采用量子隐形传态和纠缠交换技术传输携带信息的量子态,实现了无线通信网络的身份认证;结合Grover量子搜索算法,在限定跳数内搜索路由度量最大的路径作为目标解径,避免了量子信道因纠缠量子对的消耗而断开,保证了成功率,降低了量子通信网络的计算量,使路由搜索快速收敛.     

一种新的量子纠缠无线中继模型及RQCP协议研究

无线量子通信是未来量子通信系统的重要组成部分,而量子纠缠中继则是无线量子通信的关键技术之一.然而,由于在无线信道上存在各种干扰和噪声,使得量子纠缠态远程传送的实现正面临很大的困难,为此,本文提出了基于移动终端和移动基站的两种量子纠缠中继方案,建立了量子无线通信网络的分层结构,给出了量子纠缠态无线传输的路由协议(RQCP).分析结果表明,即使在量子通信终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,本模型同样可以完成量子态的无线传输,并且其传输时延与链路的无线跳数无关.因此,从传输时延的观点来看,该中继方案和协议是最优的.     

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。     

一种分布式量子计算中传输代价的优化方法

分布式量子计算是解决现有量子计算设备还不足以支持大规模量子计算问题的有效途径,分布式子系统之间通过隐形传态建立通信链路来传输量子位,隐形传态的次数决定了分布式量子计算的传输代价。为了减少分布式子系统间的隐形传态次数,提出了一种跨门合并传输模型,该模型允许多个不连续的门通过一次隐形传态完成传输。基于该传输模型,对分布式量子计算的隐形传态次数进行优化。在不考虑分布式子系统量子位数时,与现有的研究结果相比隐形传态次数平均减少57.3%;在分布式子系统量子位数受限的情况下使用该模型,在消耗更少量子位的同时,隐形传态次数平均减少14.6%,针对较大规模的量子线路,优化率达58.8%。     

量子信令分层模型及纠缠分发层功能的实现策略

提出了量子信令的分层模型,分析了各层的功能。针对量子移动通信网与量子固定通信网之间量子信令传递与交换的各种情况,研究了纠缠分发层功能的实现策略。结果表明,所提出的量子信令分层模型,各层功能完善,不仅可以满足未来多用户量子通信的需要,而且分发层功能的实现策略能够适应不同网络之间量子通信的情况,具有很好的通用性。本研究对于未来量子信令标准的制定具有很好的技术支撑作用。     

QPlayer: Lightweight,scalable, and fast quantum simulator

With the rapid evolution of quantum computing, digital quantum simulations are essential for quantum algorithm verification, quantum error analysis, and new quantum applications. However, the exponential increase in memory overhead and operation time is challenging issues that have not been solved for years. We propose a novel approach that provides more qubits and faster quantum operations with smaller memory than before. Our method selectively tracks realized quantum states using a reduced quantum state representation scheme instead of loading the entire quantum states into memory. This method dramatically reduces memory space ensuring fast quantum computations without compromising the global quantum states. Furthermore, our empirical evaluation reveals that our proposed idea outperforms traditional methods for various algorithms. We verified that the Grover algorithm supports up to 55 qubits and the surface code algorithm supports up to 85 qubits in 512 GB memory on a single computational node, which is against the previous studies that support only between 35 qubits and 49 qubits.     

量子位叠加态的防错纠错编码

提出用单个量子位的叠加态进行量子编码,采用分组纠错方法,设置纠错量子线路;用８个量子们编码时,建立同态量子位对模型,简化了量子编码。     

一种提高量子线路保真度的映射方法

由噪声导致的双量子比特门操作错误是可逆的量子线路执行结果保真度下降的重要原因。提出一种将量子线路映射至含噪声量子计算设备的策略,提高量子线路在量子计算设备上的执行成功率。该策略给出一种寻找近邻路径方法,用于在量子比特不是全连通的量子计算设备上找出2个量子比特的近邻路径;由于在近邻路径上任意2个近邻量子比特的噪声一般不同,基于近邻路径上的双量子比特门执行成功率构建启发式函数,估算前瞻窗口内的线路保真度,并根据该代价函数选择保真度最高的近邻方式。通过测试多个Benchmarks,实验结果表明,与Qiskit工具包中SabreSwap和BasicSwap算法相比,本文所提策略的量子线路保真度平均提高65.67%和71.60%。该方法可以提高量子线路保真度。     

两量子比特态的量子信息分离的最小测量复杂性

提出一个用非对称W态作为量子信道分离两量子比特态的方案。如果发送者（Alice）已知待传送态的量子信息，Alice 执行两量子比特投影测量后, 能分离量子信息并发送给接收者（Bob 和 Charlie)。Bob 和 Charlie 共同执行一个幺正操作后，再分别执行两个单量子比特的幺正操作，就能恢复原态的量子信息。这个方案大大减小了测量的复杂性。     

用三粒子纠缠态和Bell态作量子信道实现非局域的态交换

提出一种用三粒子纠缠态和Bell态作量子信道对处于异地的两纠缠粒子对实现非局域的态交换的理论方案.该方案的特点是,两地之间还存在一位第三者,她作为监控人参与量子非局域操纵过程.特别地,当量子信道为部分纠缠态时,此人可矫正被非理想量子信道致畸的量子态.     

基于四粒子GHZ纠缠态实现双向隐形传态

提出了一种用四粒子GHZ纠缠态作为量子信道,实现量子双向隐形传态的方案。通信双方Alice和Bob事先共享俩对四粒子GHZ纠缠态。通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的粒子作量子投影测量,并将测量结果通过经典信道告诉对方。Alice和Bob根据对方提供的测量结果,做相应的幺正变换,即在己方的粒子上再现对方要传的量子信息,从而实现整个双向传态的目的。只要通信双方事先选取合适的GHZ纠缠态作为量子信道以及分发不同对应的纠缠粒子即可分别实现单量子比特任意态、双量子比特Bell纠缠态和三量子比特GHZ纠缠态的双向隐形传态。     

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。