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纠缠传感器网络辅助的物理层监督学习
摘要： 现有许多量子监督学习（SL）方案考虑的是以经典描述方式预先给定的数据。在可预见的未来仅能使用含噪声的中等规模量子（NISQ）设备时，其量子加速优势有待量子随机存取存储器（qRAM）和容错量子计算的发展。然而，还存在大量通过传感器获取数据的SL任务，例如基于成像传感器产生数据的模式分类。解决此类SL任务自然需要整合量子传感与量子计算工具的综合方法。我们提出纠缠传感器网络辅助的监督学习（SLAEN），作为在物理层执行SL任务的手段。SLAEN中传感器共享的纠缠态能提升提取被研究对象全局特征的性能。我们利用SLAEN构建了用于数据分类的纠缠辅助支持向量机，以及用于数据压缩的纠缠辅助主成分分析仪。这两个方案均采用变分电路来寻找最优纠缠探测态和测量设置，以最大化纠缠增益。我们观察到，即使存在损耗，SLAEN相比传统策略（即通过可分离传感器获取经典数据后由经典SL算法处理）仍能获得显著的纠缠增强性能优势。SLAEN可采用现有技术实现，为构建超越最优经典设备性能的NISQ设备开辟了可行途径。
关键词： 量子监督学习、支持向量机、纠缠传感器网络、主成分分析仪、量子计算、量子传感
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于拓扑绝缘体的纳米线中通过邻近效应产生的超电流用于量子计算研究
摘要： 拓扑绝缘体表面态中预测存在的近邻诱导超导能隙，有望为容错量子计算提供亟需的马约拉纳费米子。近期基于马约拉纳粒子的拓扑量子计算理论架构，依赖于基塔耶夫一维量子线构成的大型网络，这对当前单纳米线器件的可扩展性提出了巨大挑战。本研究通过在常规s波超导（钨）电极近邻耦合的拓扑绝缘体（Bi2Se3）纳米线结区实现稳健超导性来解决该问题。铣削技术能在纳米尺度精确制备任意形状结构，可有效将现有单纳米线设计扩展为纳米线网络架构。我们证实弹道输运的拓扑表面态在长程近邻诱导超导序传播中的主导作用——长Bi2Se3结区展现出高IcRN乘积特性。超过钱德拉塞卡-克洛格斯顿极限的上临界磁场表明存在具有自旋三重态库珀配对的稳健超导序。同时观测到IcRN乘积与纳米线结区宽度呈反常的反比依赖关系。
关键词： 拓扑绝缘体、量子计算、纳米线、马约拉纳费米子、弹道输运拓扑表面态、邻近诱导超导性、自旋三重态库珀配对
更新于2025-09-11 14:15:04
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不同自旋量子比特编码之间的快速量子接口
摘要： 半导体量子点中的单自旋量子比特因实现了高于99.9%的高单量子比特门保真度及具有长相干时间的两量子比特门操作，有望实现通用量子计算。然而其初始化与读出速度比控制操作慢数个数量级，这对实施纠错码等基于测量的协议不利。相比之下，编码于双自旋子空间的单重态-三重态量子比特具有高保真快速读出的优势。本文展示了一种融合这两种不同自旋量子比特实现方案优势的混合系统，通过电调谐的量子比特间交换耦合实现了两种编码间的量子接口。我们演示了作用时间仅5.5纳秒（远快于实测211纳秒的退相位时间）的受控相位门。该混合架构将有助于解决构建可扩展自旋基量子计算机剩余的关键问题。
关键词： 自旋量子比特、量子计算、受控相位门、半导体量子点、单重态-三重态量子比特
更新于2025-09-10 09:29:36
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[美国计算机协会第33届ACM/IEEE年会 - 英国牛津（2018年7月9日-12日）] 第33届ACM/IEEE计算机科学逻辑研讨会论文集 - LICS '18 - 量子计算中的逻辑悖论
摘要： 量子理论中赋予其计算能力的具体特征尚不明确。语境性——即对经典物理实在概念的否定——已成为一个颇具前景的假说：例如霍华德等人证明，实际实现量子计算所需的"魔态"具有语境性。阿布拉姆斯基-布兰登伯格定义的强语境性是语境性的极端形式，描述会呈现逻辑悖论行为的系统。在引入构建奇异量子悖论的数论技术后，我们提出了一系列强语境性魔态族群，这些态在计算上具有最优性——它们能通过确定性注入克利福德层级门来实现通用量子计算。由此我们强化了语境性资源理论的精炼版本，该理论强调逻辑悖论的计算能力。
关键词： 克利福德层级、量子计算、魔态、语境性、逻辑悖论
更新于2025-09-10 09:29:36
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量子逆向加农炮：n2态系统中的完全布居数反转
摘要： 我们提出了一种新颖的解析方法，能将一系列含时多态量子控制问题约化为两态系统。该方法在相关的n2态系统与两态系统之间建立转换关系：当且仅当前者实现完全布居反转（CPI）时，后者达到特定状态。对于偶数n，该方法可将任意两态CPI方案转化为n2态系统中的CPI方案族。特别地，通过实时近邻耦合在四态系统中实现CPI的问题被简化为在两能级系统中实现CPI。此外，我们展示了该方法在算符控制中的应用，并以产生多个量子计算通用门为例给出了实现条件。同时，我们指出了将该方法应用于最优控制问题的基础。
关键词： 量子态转移、量子计算、相干控制、量子信息、完全布居转移、量子控制
更新于2025-09-09 09:28:46
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金刚石中氮空位中心对的单光子预示双量子比特幺正门
摘要： 对于金刚石中的氮空位（NV）色心等孤立固态量子比特而言，实现高保真度的双量子比特逻辑门仍是一项重大挑战。本研究表明，通过驱动成对NV色心发生同时翻转其量子比特态的光子散射过程，我们能够实现基于单光子探测事件的条件性双量子比特幺正门。此外，利用NV色心电子态光学跃迁间的量子干涉效应，我们发现了两个特殊驱动频率："魔幻点"（该点自旋守恒的弹性散射速率被抑制）和"平衡点"（该点态翻转散射速率相等）。我们分析了四种利用这两个特殊驱动频率、并组合驱动与收集路径不同偏振态的门操作方案。理论与数值计算表明，该量子门的保真度可达98%。所提出的幺正门与现有单量子比特幺正操作相结合，构成了量子计算的通用门集合。
关键词： 光子散射、量子计算、氮空位中心、双量子比特门、量子干涉
更新于2025-09-09 09:28:46
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超快非绝热级联及随后极紫外激发咖啡因分子的光解碎片化
摘要： 超快极紫外（XUV）化学为破译高激发分子态中发生的复杂动力学提供了新机遇，从而有助于更好地理解星际介质中分子形成等基础自然现象。我们以生物前体分子咖啡因为模型，采用超短XUV光脉冲开展了XUV泵浦-红外探测实验，观测到激发态阳离子40飞秒的衰减过程?；诹孔蛹扑惴治觯檬奔涑叨缺唤馐臀ü罅扛叨裙亓姆蔷燃读?。这表明关联驱动的非绝热弛豫可能是高激发态的普遍过程，或将影响我们对星际介质中分子反应过程的理解。
关键词： 非绝热级联、量子计算、超快XUV化学、星际介质、咖啡因
更新于2025-09-09 09:28:46
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一系列手性直链脂肪醇中构象体对对光学旋转的贡献
摘要： 通过实验与量子理论计算研究了四种手性脂肪醇（(S)-2-丁醇、(S)-2-戊醇、(S)-2-己醇和(S)-2-庚醇）的碳链长度对其比旋光度(OR)的影响。这些手性醇在溶液中以构象对形式存在多种构象，但构象对比旋光度的总贡献远小于最稳定构象的贡献。采用基于取代基综合质量、半径、电负性和对称数等粒子属性构建矩阵模型的方法，也分析了这四种醇的比旋光度——该矩阵行列式值在结构密切相关的手性化合物系列中与其比旋光度成正比。将实验测得的比旋光度、矩阵行列式值与量子理论波函数预测值进行对比发现：基于粒子函数统计的矩阵法预测结果与量子理论相符，且矩阵法与密度泛函理论(DFT)计算得到的比旋光度预测一致性，揭示了这些预测过程中偏振光波粒二象性的作用机制。
关键词： 绝对构型、旋光性、量子计算、矩阵模型、构象对
更新于2025-09-09 09:28:46
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[2018年IEEE国际计算、通信与信息学进展会议(ICACCI) - 印度班加罗尔(2018.9.19-2018.9.22)] 2018年国际计算、通信与信息学进展会议(ICACCI) - 用于自动灰度图像聚类的量子蜘蛛猴优化(QSMO)算法
摘要： 在自动图像聚类中，始终追求每个聚类具有高度同质性?；叶韧枷穹指?聚类中阈值数量的增加带来了诸多挑战。近年来，基于群体智能的算法在图像分割领域日益受到青睐。蜘蛛猴优化（SMO）算法就是其中的典型代表，其灵感源自蜘蛛猴的智能行为。该算法广义上属于基于裂变-融合社会结构的智能算法。原始算法及其变体已成功应用于多个优化问题。本研究提出了一种量子版SMO算法，采用种群量子编码及内在操作的量子变体。量子力学的基本概念和原理使QMSO能够发挥计算潜力。在QMSO中，作为染色体的量子比特通过希尔伯特超空间中的旋转门操作，推动解向更优收敛方向发展。研究引入了与聚类中心间最大距离相关的适应度函数。通过在真实图像中自动确定聚类的应用，展示了所提QSMO算法的效果。与经典SMO性能的对比研究表明，所提出的QSMO算法具有显著优势。
关键词： 自动聚类、量子计算、量子蜘蛛猴优化、聚类、蜘蛛猴优化
更新于2025-09-09 09:28:46
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兑现量子承诺
摘要： 欧盟委员会计划十年内投入10亿欧元发展量子技术，卡尔·斯沃茨尔警告不要过度宣扬该计划的诸多长期目标。与当代政客不同，科学家在追求真理方面具有极高权威性，因此公众、政治团体及机构往往不加批判地将科学视为既定事实。但某些情况下，科学的利弊需要谨慎传达——核能就是鲜明例证，有人曾大胆宣称裂变技术"绝对安全"，只需看看三里岛、切尔诺贝利和福岛核电站就知道这种说法多么站不住脚。类似地，我认为量子物理的所谓应用有时也被过度包装给公众。欧洲物理学家通过《量子宣言》掀起的"量子力学是魔法"热潮，促使欧盟委员会启动了10亿欧元的量子技术旗舰计划，该运动宣称要开启"第二次量子革命"。
关键词： 量子计算、量子宣言、量子密码学、量子技术、量子革命
更新于2025-09-04 15:30:14