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利用全息操作实现超导量子比特的纠缠生成
摘要： 我们研究了一种非绝热几何操作，该操作能使连接至公共总线谐振器的两个固定频率超导transmon量子比特实现纠缠。通过同时向两个量子比特施加两束相干微波信号，驱动它们从谐振器第一激发态到各自第二激发态的跃迁。在此有效三能级Λ型系统内的循环演化产生了纠缠两个量子比特的几何操作。在213纳秒内制备出保真度达95%（主要受当前器件电荷噪声限制）的两量子比特态。该方案是朝着在纯微波控制硬件平台上直接实现SWAP型门迈出的重要一步。通过扩展固定频率量子比特架构中可用的两量子比特操作集合，本方案有望应用于近期采用变分算法高效构建问题特异性试探态的量子应用领域。我们通过几何操作计算氢分子基态来说明这一应用前景。
关键词： 全息操作、微波控制、纠缠、量子计算、超导量子比特
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于亨农映射的量子图像加密
摘要： 量子图像处理作为量子计算的一个分支具有重要意义。本文提出一种基于亨农映射的量子图像加密方法，该方法摆脱了经典计算机的限制，在量子计算机上实现端到端的处理流程，包括混沌序列生成、加密和解密。该算法基于GQIR量子图像表示模型和二维亨农混沌映射。但由于亨农映射生成的十进制序列无法直接应用于量子计算机，我们通过二进制移位对亨农映射进行改造。量子图像通过与量子亨农映射进行异或运算实现加密。仿真实验表明，加密后的图像具有良好的随机性且像素值分布均匀。由于混沌序列本身适合图像加密，加之其固有的量子保密特性，本文提出的加密方法安全、便捷且可靠。
关键词： 量子图像处理、量子计算、亨农映射、量子图像加密、混沌加密
更新于2025-09-23 15:23:52
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量子预训练与自编码器图像分类
摘要： 计算机视觉的应用范围广泛，从医学图像分析到机器人技术。过去几年中，该领域因机器学习而发生变革，并有望从量子计算的潜在进步中获益。当前及近期量子设备处理图像的主要挑战在于这些设备能处理的数据量有限。图像可能体积庞大、具有多维特性且包含多个颜色通道。现有利用量子资源的计算机视觉机器学习方法需要对图像进行大量人工预处理才能适配设备。本文提出一个框架以解决小规模量子设备处理大规模数据的问题。该框架无需任何特定数据集的处理或信息，适用于大型灰度及RGB图像。此外，随着更大规模量子硬件架构的出现，该框架具备扩展能力。在所提出的方法中，先训练经典自编码器将图像数据压缩至可加载到量子设备的尺寸，随后在D-Wave设备上使用压缩数据训练受限玻尔兹曼机（RBM），并利用RBM的权重初始化用于图像分类的神经网络。研究结果在两个MNIST数据集和两个医学成像数据集上得到验证。
关键词： 量子机器学习、医学成像、量子计算、机器学习
更新于2025-09-23 15:23:52
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光学量子比特串比较器
摘要： 量子计算已引起广泛关注，文献中提出了多种量子算法。然而，能够实现这些算法的硬件仍面临挑战。本研究利用非线性克尔效应，为基于偏振的量子比特设计了一种实现量子比特串比较器（QBSC）的光学装置。QBSC是量子算法中实现条件语句的重要结构。
关键词： 非线性克尔效应，量子比特串比较器，量子计算
更新于2025-09-23 15:22:29
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QRCI：一种新的彩色数字图像量子表示模型
摘要： 本文研究了一种新的彩色数字图像量子表示模型（QRCI），该模型通过量子比特序列的基态对颜色信息进行编码。QRCI模型利用2n+6个量子比特存储尺寸为2n×2n的彩色数字图像。与现有NCQI表示模型相比，QRCI的存储容量提升了218倍。此外，论文探讨了基于QRCI的通道和位平面相关量子彩色图像处理操作，并设计了相应的量子电路。量子电路比较结果表明，基于QRCI的操作比NCQI具有更低的量子成本。因此，新提出的QRCI表示模型能节省更多存储空间，且更便于实施通道和位平面相关的量子彩色图像处理操作。该研究将有助于学者进一步基于QRCI开展更复杂的量子彩色图像处理操作。
关键词： 量子计算，量子成本，量子图像表示模型，量子彩色图像处理，存储容量，量子比特
更新于2025-09-23 15:22:29
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中性原子量子计算
摘要： 量子计算的强大能力源于算法方法，这些方法利用量子叠加和纠缠的特性来执行经典设备难以处理的计算任务。当前正展开一场开发硬件的竞赛，以释放量子算法的潜力。目前有几种不同类型的硬件正在研发中，其中超导、量子点、离子阱、光子和中性原子方案投入的精力最多[1]。虽然所有方案各有优缺点且处于不同发展阶段，但现有平台尚未能实现可扩展至百万量子比特以上的实用设计方案。
关键词： 中性原子、里德伯态、量子计算、量子纠错、量子比特
更新于2025-09-23 15:21:21
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两个可纠错光子量子比特之间受控相位门的演示
摘要： 要实现容错量子计算，必须将量子信息存储在具有纠错功能的逻辑量子比特中——这可通过将逻辑态分布到多个物理量子比特上，或编码于高维系统的希尔伯特空间来实现。目前尚未实验验证这些可纠错逻辑量子比特间的量子门操作（这是执行任何实际量子计算任务的关键）。本文展示了一种几何方法，用于实现腔内光场编码的两个逻辑量子比特间的受控相位门：通过将辅助超导量子比特与这些腔体色散耦合，并驱动其根据腔体的联合光子态进行循环演化，从而产生条件几何相位。我们首先为逻辑基态编码在两个准正交相干态中的光子量子比特实现相位门（这对基于连续变量的量子计算具有重要意义），随后运用该几何方法实现了两个二项式编码逻辑量子比特（具备纠错功能）间的受控相位门。
关键词： 纠错、量子计算、逻辑量子比特、几何相位、受控相位门
更新于2025-09-23 15:21:01
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量子点阵列中隧道耦合的高效正交控制
摘要： 静电定义的半导体量子点阵列为量子计算和量子模拟提供了极具前景的平台。然而，栅极电压对量子点电势及点间隧穿耦合的串扰使得器件参数的调控变得复杂。迄今为止，通过所谓的虚拟栅极（即物理栅极电压的特定线性组合）已能常规且高效地补偿对量子点电势的串扰。但由于隧穿耦合对栅极电压呈指数依赖性，目前对隧穿势垒的串扰补偿仍需依赖缓慢的迭代过程。本工作表明，利用该指数依赖性同样适用于所有栅极的特性，可高效表征并补偿隧穿势垒的串扰。我们在四量子点阵列中实现了串扰的高效校准，并定义了一组虚拟势垒栅极，据此展示了对所有点间隧穿耦合的正交控制。该方法标志着大规模量子点阵列调控过程可扩展性的关键突破。
关键词： 量子模拟、量子点阵列、隧穿耦合、量子计算、串扰补偿
更新于2025-09-23 15:21:01
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有机胺作为聚合物/富勒烯界面靶向稳定剂用于聚合物:PC<sub>61</sub>BM太阳能电池
摘要： 本文证明，少量（重量比0.05%）聚乙烯亚胺（PEI）能像哌嗪衍生物一样有效抑制PTB7-Th:PC61BM和P3HT:PC61BM电池的"烧屏"衰减，表明有机胺可作为聚合物:PC61BM太阳能电池的通用稳定剂。光诱导电子自旋共振（LESR）光谱显示，0.2% PEI掺杂薄膜中PC61BM阴离子的ESR信号强度高于1%哌嗪掺杂薄膜。此外，气相色谱-质谱（GC-MS）未检测到10%（w/w）哌嗪掺杂薄膜中的哌嗪残留。这些结果表明共混薄膜中哌嗪残留量极低，这源于哌嗪的高挥发性。通过量子计算研究了聚合物（采用模型重复单元）、PC61BM与哌嗪分子间的结合能（EB），结果显示哌嗪倾向于通过与PC61BM（在P3HT:PC61BM体系中）或PTB7-Th（在PTB7-Th:PC61BM体系中）复合而定位在聚合物:富勒烯界面，表明导致聚合物:富勒烯太阳能电池"烧屏"衰减的PC61BM光二聚化主要发生在给体/受体界面，而有机胺作为界面靶向稳定剂发挥作用。
关键词： 量子计算、聚合物太阳能电池、有机胺、稳定剂
更新于2025-09-23 15:21:01
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[物理科学文献与读物] 开放量子系统 第20卷（非经典演化的动力学）|| 与量子信息交叉的开放量子系统
摘要： 本章致力于探讨开放系统理论与蓬勃发展的量子信息领域之间的联系。顾名思义，量子信息是指利用量子力学规律完成的信息任务的总称，其范畴涵盖通信、计算及基础信息理论任务。信息论思想渗透整个物理学领域并不断向外延伸。由于涉及以比特或量子比特形式进行信息的编码、传输与解码——这些过程都对周围环境极为敏感——它们为开放系统理论的运用提供了沃土。事实上，本章与下一章正是这一点的明证。
关键词： 量子信息、开放量子系统、量子计算、量子纠错、量子通信
更新于2025-09-23 15:21:01