高效量子态与量子门检验的实验研究

来源 :中国科学技术大学 |
量子态和量子门是量子信息技术中用以提高信息处理效率的重要资源。为有效利用这两种资源,首先需要检验它们是否符合预期,这就需要我们完成两个任务:量子态检验和量子过程检验。传统的量子层析需要首先完全刻画出量子
量子态和量子门是量子信息技术中用以提高信息处理效率的重要资源。为有效利用这两种资源,首先需要检验它们是否符合预期,这就需要我们完成两个任务:量子态检验和量子过程检验。传统的量子层析需要首先完全刻画出量子态和量子过程的密度矩阵,然后通过和预期的密度矩阵相比较来达到检验的目的。该方案广泛应用在小规模量子态和量子门的检验任务中,但由于它的样本和计算复杂度均随量子系统的规模呈指数增长,因此无法应用到未来中等和大规模量子信息处理的检验任务中。为解决该困难,学术界在近十年发展出许多高效的量子态和量子门检验方法用于检验量子态和量子门的各项指标是否接近预期。在这些新发展的高效检验方法中,量子态和量子门验证由于具有样本复杂度不依赖或者线性依赖于量子系统规模、检验精度(?)反比于样本数N、无需纠缠操作等优点而备受关注,许多常见的量子态和量子门的高效或最优验证策略在近几年被不断提出。因此量子态验证和量子门验证这两项技术有望在未来的大规模量子系统检验任务中成为标准方案之一。尽管在理论研究上进展迅速,但关于它们的实验研究却相当匮乏:在作者攻读硕士期间,关于量子门验证的实验研究以及量子态验证的应用探索基本处于空白状态,而它们对量子态和量子门验证的实用化和标准化具有重要推动作用。作者在攻读硕士期间从实验和应用方面分别对这两项技术进行了深入研究。第一,针对原有的量子态和量子门验证无法处理实验误差和统计噪声的缺陷,作者通过改进它们的数据处理方法以提高算法对误差和噪声的鲁棒性。基于此,作者首次在实验上实现了基于局域操作的两量子比特CNOT门和三量子比特Toffoli门的高效检验,展示出改进后的量子门验证具有良好的可拓展性和接近最优的验证效率。第二,为解决实数量子态掩蔽中输出态由于维度数增长过快而难以检验的问题,作者在实数量子态掩蔽的实验研究中,将改进后的量子态验证应用到掩蔽输出态的检验中,相较于使用量子态层析有效减少了检验所需的测量次数。本文的主要研究内容如下:1.实验上基于局域操作的高效量子门验证。首先,我们基于Chernoff界公式改进了原有的量子门验证的数据处理方法,通过损失少量效率提高了算法对误差和噪声的鲁棒性。然后,我们在线性光学平台上设计并搭建了两量子比特和三量子比特的量子门验证装置,并在其上演示了基于局域操作的CNOT门和Toffoli门的量子门验证。实验结果表明只需要使用20(32)个测量基和1600(2600)次测试就能以95%的置信水平验证CNOT(Toffoli)门具有99%(97%)以上的保真度;为实现相同置信水平的CNOT门验证,量子过程层析则需要用到324个测量基和24720次测量。我们的工作展示了量子门验证的高效性和可拓展性,对于未来大规模量子门检验的实验研究具有积极意义。2.实验上实数量子态的掩蔽以及掩蔽输出态的高效检验。首先,我们设计了基于量子行走的四维实数量子态掩蔽方案。其次,为解决掩蔽输出态维度高而难以检验的问题,我们引入改进后的量子态验证作为掩蔽输出态的检验工具以替代传统的量子过程层析。基于此,我们在线性光学平台上实现了一套四维实数量子态掩蔽的实验装置,并高效地检验了实验装置以较小的误差将实数量子态掩蔽到了两体纠缠态的关联中。此外,我们也在实验装置上演示了基于关联测量的掩蔽态高效解码算法,以及验证了输出态的并发度与输入态虚数鲁棒性之间的关系。作为首个高维量子态掩蔽的实验,该工作展示了实数量子力学与复数量子力学之间巨大差异,同时也展现了量子态验证在实际的量子信息处理任务中的巨大应用潜力,为后续量子态验证的应用研究提供了良好范本。
可以将禅诗分为两大类:禅境诗和禅意诗。所谓禅意诗是指诗人以世俗分别知做就的禅诗,而禅境诗则是诗人以般若五分别知做就的禅诗。就艺术表现手法而言,禅意诗用的是直陈禅理(赋)
<正>一、独立性检验思想在日常生活中,经常会面临一些需要推断的问题.在对这些问题作出推断时,我们不能仅凭主观臆断得出结论,需要通过试验来收集数据,并依据独立性检验的原
桩基础施工中经常碰到溶洞及岩石裂隙等不良地质 ,裂隙是地应力释放在岩石中产生的裂缝 ,它会导致桩孔的漏浆、掉石块 ,甚至卡钻、掉钻、塌孔等事故。以京珠高速公路粤境南靠
张某,女,45岁,2011年7月11日初诊。颈项不适伴右肩胛部疼痛及右上臂酸胀1周。1周前因吹空调受凉后出现颈项不适,并伴见右侧肩胛部酸胀疼痛,此后逐渐出现右上臂酸胀、冷痛不适
【摘要】红色文化是国家文化软实力的重要内容,弘扬红色文化对于国家文化软实力的提升具有重要作用。提升我国文化软实力,必须高举红色文化旗帜,充分挖掘红色文化内在价值,创新红色文化宣传方式,发挥红色文化的积极作用。  【关键词】红色文化 文化软实力 价值内涵 【中图分类号】G122 【文献标识码】A  20世纪90年代,美国哈佛大学教授约瑟夫·奈提出软实力概念,对各国发展理念和战略产生了重大影响。对于中
统计学是医学科研的重要组成部分。对近几年统计学在针灸科研中的应用,谈一谈自己的看法。包括:对标准差、对假设检验的理解,以期为针灸科研数据统计提供帮助。
自古以来,浩瀚而神秘的太空吸引了无数人的目光,无论是伟大的科学家还是默默无闻的普通人,当他们仰望星空时,总会对其充满好奇与敬畏。在中国西南的一座小城,也有这样一个"太
作为一档早间资讯类节目,《第一时间》的收视率经常与该频道晚间黄金时段的节目相仿,甚至超过央视一套同时段的同类节目,这种现象在早间类节目中往往很少见,因而不能不令人佩服。
在<会计法>执法检查中,我们发现一些村组财务管理混乱的问题比较突出,帐目不规范等违规违纪情况严重.对此,一些地方的群众反映比较强烈,上访事件时有发生,严重影响了党群干群
随着信息化和网络化的飞速发展,进入数字化时代是扮演信息资源重要提供者角色的图书馆的必然趋势。而数字化图书馆为读者提供优质的信息服务同时,也存在一系列问题。本文将对
随着IT、电工电讯、办公机器、五金制品等行业的迅速发展,作为制造业重要组成部分的金属制品加工成为一个蓬勃发展的产业。基于绿色低碳经济发展理念,要求不断提高材料利用率
为进一步探索山东半湿润易旱区冬小麦夏玉米轮作种植制度条件下更有利于节水与高效生产的耕作模式,以及为合理有效利用水土资源和农业的可持续发展提供理论依据,本研究在山东半
妈妈,如果你在世界的某个角落,我会一扇门一扇门地敲,直到看到你的笑容;如果你在天堂,我也会一朵云一朵云地拨开,直到摸到你温暖的手……  一  1994年2月,德国北部城市科部仑兹还是一片冰天雪地。伊特洛孤儿院就坐落在莱茵河畔,高大的院落立在风雪中显得格外寂静。这天早晨,孤儿院50岁的特丽娅修女外出办事,走到大门口时突然听到了婴儿的啼哭声。她循声找去,在门口的树丛中发现了一个金色头发的男婴。修女将他
期刊
我国鄂尔多斯盆地是一个大型的能源基地,即有大型煤矿田,同时也存在世界级规模的特大型砂岩铀矿床。区域内铀煤资源上下重叠共生,形成了复杂的矿产布置,铀矿层位于煤层上部100m
泌阳凹陷是一新生代富含油气的小型山间断陷盆地,凹陷的形成主要受北西向的唐河-栗园断裂和北东向的栗园-泌阳断裂控制,构成一个东南深、西北浅的扇形箕状断陷。在凹陷东南边界
通过高压静电纺丝方法实现了微米/纳米材料的自组装和图案化,建立了一个在高压电场诱导下的微米/纳米材料的连续化形成的新方法,电镜结果表明聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)/锰卟啉纤
介绍一种用功率反馈来稳定微波输出功率的方法.通过对磁控管特性的分析,系统使用单片机对磁控管阴极电压和磁场进行同时调节,稳定了微波输出功率.
1背景预分支电力电缆在我国使用已有十几年时间,产品由单一的聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套预分支电缆,发展到各种阻燃型、耐火型、辐照交联型、铠装型、多芯一体化型预分支电缆。
缘 起    新中国成立伊始,以美国为首的帝国主义国家为了扼杀新生的人民共和国,不仅发动了侵朝战争,并且在经济上实行全面的封锁和禁运政策,割断了中国与外界的经贸关系。在这种情况下,中国政府只能与苏联、东欧国家有贸易往来。为了打破西方的禁运与封锁,1952年5月成立了中国国际贸易促进委员会(以下简称贸促会)。贸促会是由中国贸易界有代表性的人士、企业和团体组成的全国民间对外经贸组织。其宗旨是:遵循中华
期刊
大兴安岭林区有着得天独厚的自然风光资源,再加上独具特色的气候、文化、地域特点,给林区风景区的建设增添了无穷的变化和色彩.如何建设一个独具特色的、成功的风景区,就要在
我公司Ф3&#215;11m机立窑LFEF7&#215;358袋式除尘器,配置Y4—73-12D离心通风机,2007年3月,因叶轮使用时间长,叶片变形,再加上轴承间隙大,引起风机震动大,导致风机叶轮端轴座一个。
摘要:受到经济全球化的影响,国家市场经济体制的改革日益深入,资产管理作为我国国有企业经营与管理的重要内容之一,是决定企业能否在当今激烈的市场竞争中获得长足发展的关键因素。新形势下, 为最大程度避免国有资金流失、实现资金保值及增值的目标,必须对加强国有企业资金管理的有效措施及方法展开深入思考和探究。本文对国有资产的含义、国有企业资产管理的现存问题及其解决对策做出详细的论述,以期能为工作人员提供有益参
期刊
石鲁深受石涛“搜尽奇峰打草稿”美学观的影响,反复从真实的山水中汲取灵感。秦岭题材作品是石鲁细致地观察自然,深刻地体会自然,从中发现和提炼典型的实验田。构图分为:“下白”构图、“一”字构图、宽“一”字构图和“X”型构图四种程式。笔墨则在干湿、浓淡、阴晴、冷暖等对立统一关系中,隐喻表现地域、季节、天气和时辰。