《量子计算研究进展》PPT课件.ppt

1、2020/8/2,1,量子计算研究进展,彭新华 中国科学技术大学近代物理系 2010. 3. 26,2020/8/2,2,量子信息,“Information is physical”. - Rolf Landauer 量子计算机：基于量子力学原理，存储、 处理量子信息的计算装置。,量子计算 量子通讯 量子密码学,交叉领域,量子物理 信息科学 计算机科学,量子信息,2020/8/2,3,内容提纲,量子计算发展简介 磁共振量子计算研究进展 未来研究方向,2020/8/2,4,一、量子计算发展简介,2020/8/2,5,计算机硬件历史,计算机硬件是信息处理的平台。,数值计算单元: 机械齿轮/电子机械

2、传动装置 电子管 (1911 - 1946) 晶体管 (1947 - 1958) 集成电路 (1959 - 1970) 大规模集成电路 (1971 - ),2020/8/2,6,计算机历史,2020/8/2,7,1642, Pascal 帕斯卡机械计算机，首次确立了计算机器的概念。 概念,1834, Babbage 差分机 提出了分析机的概念,机械装置,2020/8/2,8,世界上第一台电子计算机-1946 ENIAC,Mauchiy and Eckert,2020/8/2,9,ENIAC,2020/8/2,10,1952, EDVAC,Von Neumann Electronic Discr

3、ete Variable Automatic Computer Containing 2300 vacuum tubes, but 10 times faster than ENIAC (18000),2020/8/2,11,微处理器,1971 Intel 4004 10um, 2300晶体管 0.74 MHz,1978 Intel 8086 3um, 29000 晶体管 4.77MHz,2008, Core i7 45nm, 5.82 billion晶体管 2.66 - 3.2 GHz,2020/8/2,12,2020/8/2,13,摩尔定理,2020/8/2,14,2020/8/2,15,

4、Getting Smaller,2020/8/2,16,2020/8/2,17,2020/8/2,18,当今微电子技术不久将面临物理极限！ 高速发展 vs. 物理极限！热耗散 720ms Our new adiabatic algorithm for 21: 3 qubits; 50ms,2020/8/2,41,2.2 模拟量子系统,Classical computers Exponential growth of Hilbert space,Is it possible to classically simulate faithfully a quantum system? Nave ans

5、wer: NO,n,computational basis,2020/8/2,42,Quantum computers Universal quantum simulators,1982 Richard P. Feynmann R.P. Feynman, “Simulating Physics with Computers”, Int. J. Theor. Phys. 21, 467-488, 1982,Can we do it with a new kind of computer a quantum computer? Now it turns out, as far as I can t

6、ell, that you can simulate this with a quantum system, with quantum computer elements. I therefore believe its true that with a suitable class of quantum machines you can imitate any quantum system, including the physical world.,4.2 模拟量子系统,2020/8/2,43,2.2.1 量子仿真实验,研究背景 量子相变与临界现象是凝聚态物理学中重要物理现象； 量子自旋系

7、统联系着量子信息学和凝聚态物理两个领域； 量子纠缠和量子相变的密切关系。 研究结果 设计合适的Hamiltonian微扰和扫描函数实现量子绝热过程； 首次成功地观察到了Heisenberg自旋链中基态纠缠的量子相变现象。,XH Peng et al., Physical Review A 71, 012307 (2005),Much more susceptible to the change of the controlled parameter,2020/8/2,44,2.2.2 量子仿真实验,Loschmidt echo or Fidelity decay:,LE = |2,A visu

8、alization of “quantum fluctuations”,研究结果,JF Zhang, XH Peng et al., Phys. Rev. Lett. 100, 100501 (2008),2020/8/2,45,2.2.3 量子仿真实验,三体相互作用体系中量子相变与量子纠缠的实验研究,基态,临界点探测,问题：标准两自旋相关函数不能探测由于三体相互作用导致的量子临界现象。,2020/8/2,46,Three-spin Ising quantum model,2.2.3 量子仿真实验,Visible by entanglement witnesses,XH Peng et al.

9、, Phys. Rev. Lett. 101, 140501 (2009),量子仿真计算氢分子基态能量J. Du et al. PRL. 104，030501 (2010),2010年，首次在实验上通过磁共振技术实现了氢分子的基态能量值计算的量子仿真研究。,2.2.4 量子仿真实验,该工作被选为Phy. Rev. Lett. Highlight Article。,2.2.4 量子仿真实验,2020/8/2,49,2.3 规模化与消相干,2020/8/2,50, 固态体系中最优动力学去耦实验J. Du et al. Nature 461, 1265 (2009),2009年，首次在真实固态体系中

10、实现了最优动力学去耦，极大的提高了量子相干保存时间。,2.3 规模化与消相干,发展高速、精确的量子操控技术 新型量子信息存储载体的研究 绝热量子计算和量子仿真研究 抗噪声量子方法的探索：退相干机理及抑制方法研究,三、未来研究方向,54,2020/8/2,55,结语,从量子计算（机）的概念提出以来，此领域的研究进展已经表明：这种新型量子处理器具有比经典处理器更强的信息处理功能。 研究量子计算与量子计算机是社会经济与科技发展提出的迫切需求，同时也会推动纳米技术和微观操控等高新技术的进步，是未来信息技术发展的重要战略性方向。 量子计算的实现已不存在原理性障碍，量子计算非常脆弱，使制造规模大的量子计算

11、机变得十分困难，这是对人类智慧和能力的挑战！ 量子计算机的研制不管成功与否，量子计算的研究一定会给人类未来的生活带来深远意义的影响。,路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！,2020/8/2,56,56,磁共振量子计算研究组,Group members Prof. Jiangfeng Du Prof. Xianyi Zhou Prof. Xinhua Peng Prof. Jihu Su Prof. Rongdian Han Asso. Shi Minjun Asso. Qin Gan Asso. Bo Chong Postdoc. Chen Hongwei,Graduated students:

12、Ju Chenyong Zhu Jing Sun Min Rong Xing Wang Ya Ren Changliang Sun Chunxiao Yang Wei Jiang FengJian Xu Nanyang Lu Dawei ,国际SCI实验论文64篇,发表论文,J. Du et al., Nature 461，1265 （2009） J. Du et al., Phys. Rev. Lett. 104，030501 (2010) X. Peng et al., Phys. Rev. Lett. 103，140401 (2009) J. Du et al., Phys. Rev. Lett. 101，060403 (2008) X. Peng et al., Phys. Rev. Lett. 101，220405