基于核磁共振體系的若干量子算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及多比特實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究.pdf

1、近年來量子信息與量子計(jì)算科學(xué)得到了迅速的發(fā)展，量子信息處理器被廣泛地用于量子計(jì)算、量子模擬、量子度量等方面的研究。不斷有新的量子算法、量子方案被提出，迫切地要求人們不斷提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，使這些算法和方案能夠早日被實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。核磁共振平臺(tái)是一個(gè)很好的量子方案測試平臺(tái)，其提供了豐富而又精密的量子操控手段。最近幾年很多量子計(jì)算方案在此平臺(tái)上得到實(shí)現(xiàn)，并且在此過程中發(fā)展了一系列的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
　　本人在液態(tài)核磁共振平臺(tái)上，對(duì)若干量子算法、量子

2、方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了能提高實(shí)驗(yàn)可操控量子比特位數(shù)以進(jìn)行更復(fù)雜的量子實(shí)驗(yàn)，掌握并發(fā)展了一系列多比特控制技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了7比特標(biāo)記贗純態(tài)制備。此外提高樣品極化度在量子信息處理過程中起著重要的作用，對(duì)如何有效提高樣品初始極化度做了些理論研究工作。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.第一章是對(duì)量子計(jì)算的背景介紹。簡要描述了量子比特、量子邏輯門等基本概念，回顧了一些量子算法，并介紹了幾個(gè)目前主流的量子計(jì)算物理實(shí)驗(yàn)體系。
　　2.第二章主

3、要介紹基于核磁共振量子計(jì)算的基本概念、模型以及量子操控技術(shù)。
　　3.第三章介紹了利用核磁共振技術(shù)對(duì)若干量子算法的實(shí)驗(yàn)演示。第一個(gè)工作是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證量子線性方程組算法，實(shí)驗(yàn)求解了2×2的線性方程組，三組實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)解誤差都只有7％左右，很好地驗(yàn)證了此算法的正確性和有效性。第二個(gè)工作是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證高斯和算法，利用此算法，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整數(shù)9和15的square-free判斷以及square-free分解。第三個(gè)工作是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了4比特H型魔態(tài)

4、提純方案。
　　4.第四章討論了有關(guān)多量子比特核磁共振體系的實(shí)驗(yàn)操控技術(shù)。首先討論了多比特實(shí)驗(yàn)中的技術(shù)困難，然后結(jié)合制備7比特標(biāo)記贗純態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)一系列多比特核磁實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了描述。
　　5.第五章提出了一種新的基于熱庫的算法冷卻方案。先簡要回顧熱庫算法冷卻以及核Overhauser效應(yīng)，然后利用關(guān)聯(lián)表象下的Redfield方程推導(dǎo)出Γn弛豫過程的具體作用形式。聯(lián)合Γn弛豫與免退相干子空間，提出新的熱庫算法冷卻方案，進(jìn)一步提高了