基于量子Bernoulli噪声的一维时空非齐次开放量子游荡

用量子Bernoulli噪声方法研究一维时空非齐次开放量子游荡,给出该游荡的演化性质以及极限概率分布,并表明以局部基态作为初始态时,基于量子Bernoulli噪声的一维时空非齐次开放量子游荡具有与经典随机游荡相同的极限概率分布.

基于测量的盲量子计算研究进展

量子计算机具有广阔的前景和发展潜力,但其物理实现目前面临巨大挑战。基于测量的盲量子计算,由于其允许量子能力有限甚至没有量子能力的普通用户,可通过借助远程量子服务器,使用基于测量的量子计算模型完成计算任务,并保证其数据、算法和结果的私密性。因此,这种委托量子计算的方式将成为未来普通用户共享量子计算资源的一种重要应用模式。基于此,阐述了基于测量的量子计算模型包括的两种常用资源态—簇态和图态,以及测量模式的定义和形式化描述;分析了基于测量的盲量子计算的基本原理,包括通用资源态—Brickwork态的构造、盲量子计算测量模式和通用盲量子计算协议;梳理了解决基于测量的盲量子计算根本问题的不同技术路线和实验成果;探讨了其未来的发展方向。

局部量子Bernoulli噪声意义下的随机Schrdinger方程的有限维逼近

局部量子Bernoulli噪声是局部的湮灭算子和增生算子族,满足局部等时典则反交换关系。考虑局部量子Bernoulli噪声意义下的线性随机Schrdinger方程,讨论了其解的存在唯一性,先验估计以及有限维逼近问题。

Bernoulli泛函上基于典则酉对合的量子熵

量子 Bernoulli 噪声(QBNs)是作用于平方可积Bernoulli 泛函空间上的湮灭和增生算子族,满足等时典则反交换关系(CAR)。湮灭与增生算子的和算子是Bernoulli 泛函空间上的一列自伴算子,称为Bernoulli 泛函上的典则酉对合,本文基于Bernoulli 泛函空间的子空间上的典则酉对合,构造了一类密度算子,考虑了该密度算子的量子熵以及量子熵的若干性质。

量子传感(Ⅱ):关键技术与典型代表

作为量子信息感知物理实现基础的量子传感技术是三大核心量子技术之一,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感综述论文的第二部分,在第一部分的基础上,介绍了量子传感的关键技术以及量子传感器的典型代表。其中,关键技术方面,结合量子态的制备、操控、探测,概括了量子传感具备颠覆性能力的核心原理及技术支撑;典型代表方面,详细介绍了频率、电、磁、重力、惯性等代表性量子传感器技术,以及各类量子传感器的基本原理、实现平台及发展现状。

量子传感(Ⅰ):基础理论与方法

作为当前三大核心量子技术之一的量子传感技术,是量子信息感知与获取的重要物理实现基础,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感的第一部分,主要介绍量子传感的基础理论与方法。首先从理论上总结量子传感的定义及基本概念,指出量子传感“量子性”的由来,并从实际应用的角度,提出量子传感的技术外延以及分类依据;接着详细介绍了有关量子传感的基本实现架构,以及描述量子传感性能的核心技术指标,归纳了用于提高量子传感性能的物理原理及技术方法。

量子机器学习综述

近年来,机器学习一直是被关注和探讨的研究热点,被应用到各领域并在其中起着重要作用.但随着数据量的不断增加,机器学习算法训练时间越来越长.与此同时,量子计算机表现出强大的运算能力.因此,有研究人员尝试用量子计算的方法解决机器学习训练时间长的问题,量子机器学习这一领域应运而生.量子主成分分析、量子支持向量机、量子深度学习等量子机器学习算法相继被提出,并有实验证明了量子机器学习算法有显著的加速效果,使得量子机器学习的研究展现出逐步走高的趋势.对量子机器学习算法进行综述.首先介绍量子计算基础;然后对量子监督学习、量子无监督学习、量子半监督学习、量子强化学习以及量子深度学习5类量子机器学习算法进行介绍;接着对量子机器学习的相关应用进行介绍并给出了算法实验;最后进行总结和展望.

光电量子器件研究进展(封面文章·特邀)

量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑,笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生,笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源;发展了频分复用技术,研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源;利用GaN缺陷的单光子特性,制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计,大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能,使保真度高于97%,噪声特性提高10倍;设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件,实现了99%的干涉可见度,展示了芯片集成量子光源的技术可行性;应用所制备的纠缠光源,实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程,研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器,实现了1 650个光子模式的有效存储;研究了光机械量子器件的原理机制,探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。

量子近似优化算法在数字分区问题中的应用

量子近似优化算法(QAOA)是一种近似求解组合优化问题的方法,它通过反复调整电路参数,以获取问题哈密顿量的最大期望值为目的来解决问题,在组合优化问题领域具有广阔的应用前景。将QAOA应用于数字分区问题(二分区问题),通过将问题函数转换成对应的哈密顿量,构造了量子线路,采用线性近似约束优化(COBYLA)方法对电路参数进行了优化,并使用IBMQ模拟平台进行了模拟实验。研究发现量子近似优化算法在数字分区问题中有着良好的性能表现,可在多项式时间内给出问题的解,并且降低了问题的时间复杂度。

基于Valued ERGMs模型的核心技术网络成长机制研究——以量子计算领域为例

对核心技术网络及其成长机制的研究有助于梳理核心技术之间的依赖和促进关系,为研究核心技术演化提供新的理论视角和方法。以技术演化相关理论为基础,归纳核心技术网络成长的影响因素,基于量子计算领域专利数据,识别以技术概念和技术关系为基础的量子计算领域核心技术网络,并基于Valued ERGMs模型构建核心技术网络成长机制模型。结果表明,技术要素中心性、专利技术研发能力、与TRIZ进化法则匹配程度以及技术要素同配性对核心技术网络成长具有正向促进作用;在技术路径方面,核心技术网络成长受到技术要素路径依赖性和技术突破的双重影响。最后,根据量子计算领域核心技术网络成长机制的实证研究结果,从技术研发层面、企业层面、政府层面为相关领域技术发展提出策略建议。

量子传感(Ⅲ):核心应用与未来展望

作为量子信息感知物理实现基础的量子传感技术是三大核心量子技术之一,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感系列综述的第三部分,在前两部分内容的基础上,从实际应用角度出发,介绍量子传感技术在导航定位授时、遥感探测、生物医学和基础物理等代表性领域的应用现状,阐述了量子传感的阶段性发展特征,包括量子传感的核心使能组件、量子传感的适应性难题等,最后,结合从传感到信息感知的论述,给出了量子传感技术的未来展望。

基于非局域性正交乘积态的动态量子秘密共享方案

当前的量子秘密共享(QSS)存在资源制备开销较大、安全性不强的问题,该文提出一种基于正交乘积态的可验证量子秘密共享方案弥补上述不足,且多方成员能动态地加入或退出秘密共享。该方案将正交乘积态的粒子分成两个序列,第1个序列在多个参与者之间传输,前一个参与者对其执行嵌入份额值的酉算子后传输给下一个参与者,直到全部份额聚合完成;对于另一个序列,只有最后一个参与者(验证者)对接收到的粒子执行Oracle算子。然后,验证者对两个序列中的粒子对执行全局测量,得到秘密值的平方剩余。最后,借鉴Rabin密码中密文与明文之间非单一映射的思想,验证者联合Alice验证测量结果的正确性,并从测量结果确定出秘密值。安全性分析表明,该方案能抵抗常见的外部攻击和内部攻击,且验证过程具有强安全性;由于非局域性正交乘积态以两个序列分开传输,因此增强了秘密重构过程的安全性。性能分析表明,该方案使用正交乘积态作为信息载体,量子资源开销较小,且将正交乘积基的维度从低维拓展到d维,参与者人数能动态地增加和减少,使得方案具有更好的灵活性和通用性。

基于量子点的非洲猪瘟病毒抗体荧光免疫层析试纸研制

为了研发灵敏、准确的非洲猪瘟快速诊断试纸产品,本研究基于免疫层析技术原理,以非洲猪瘟病毒(ASFV)p72蛋白三聚体为检测抗原,量子点(QDs)为标记材料,金黄色葡萄球菌A蛋白(SPA)为检测线,p72单克隆抗体为质控线,建立了非洲猪瘟病毒抗体荧光免疫层析试纸,并对试纸的检测性能进行鉴定。结果:荧光免疫层析试纸检测ASFV标准阳性血清的效价为1∶102400,与猪瘟病毒、口蹄疫病毒、伪狂犬病病毒、猪繁殖与呼吸道综合征病毒及猪圆环病毒2型阳性血清抗体无交叉反应,在临床样本检测中与商业化ASFV抗体检测试剂盒的符合率为92.92%。综上,该试纸具有良好的灵敏度、特异性、准确性及稳定性,可用于临床样品中ASFV抗体的快速筛查。

基于D-Wave Advantage的量子退火公钥密码攻击算法研究

D-Wave专用量子计算机的原理量子退火凭借独特的量子隧穿效应可跳出传统智能算法极易陷入的局部极值,可视为一类具有全局寻优能力的人工智能算法.本文研究了两类基于量子退火的RSA公钥密码攻击算法(分解大整数N=pq):一是将密码攻击数学方法转为组合优化问题或指数级空间搜索问题,通过Ising模型或QUBO模型求解,提出了乘法表的高位优化模型,建立新的降维公式,使用D-Wave Advantage分解了 200万整数2269753.大幅度超过普渡大学、Lockheed Martin和富士通等实验指标,且Ising模型系数h范围缩小了 84%,系数J范围缩小了 80%,极大地提高了分解成功率,这是一类完全基于D-Wave量子计算机的攻击算法;二是基于量子退火算法融合密码攻击数学方法优化密码部件的攻击,采用量子退火优化CVP问题求解,通过量子隧穿效应获得比Babai算法更近的向量,提高了 CVP问题中光滑对的搜索效率,在D-Wave Advantage上实现首次50比特RSA整数分解.实验表明,在通用量子计算机器件进展缓慢情况下,D-Wave表现出更好的现实攻击能力,且量子退火不存在NISQ量子计算机VQA算法的致命缺陷贫瘠高原问题:算法会无法收敛且无法扩展到大规模攻击.

美国智库分析量子技术的应用和影响

2023年5月,美国智库战略与国际问题研究中心(CSIS)发布《量子技术:应用和启示》报告,探讨量子技术在量子计算、量子加密、量子通信和量子传感领域的应用和影响,呼吁国家、企业和学术界共同合作,制定相关政策和标准,确保量子技术的安全和可持续发展。

碳量子点修饰g-C_(3)N_(4)缓解二苯醚类除草剂污染

为加速二苯醚类除草剂在可见光环境的降解,以玉米芯制碳量子点修饰石墨相氮化碳,合成一种非金属型光催化剂.考察在该催化剂作用下,氟磺胺草醚、三氟羧草醚和乙氧氟草醚等的光解行为及光解前后毒性.结果表明,氟磺胺草醚在可见光照射下的光解速率最大、其次为乙氧氟草醚,光照3 h的降解率即达99%和91%,而三氟羧草醚的光解速率最低、须光照至8 h才能达到90%的降解率.由高斯软件计算NPA(Natural Population Analysis)电荷分布得福井函数和双描述符,预测反应位点并结合液质联用分析降解产物,推测除草剂的降解过程应包括裂解、水解、脱卤、还原和羟基化等,证明了空穴和羟基自由基在其中的作用.观察玉米种子的生长实验,发现氟磺胺草醚的毒性略高于乙氧氟草醚,但二者经光照处理后毒性均显著下降,三氟羧草醚及其光解产物显示为低毒性.

磷化铟胶体量子点合成及其在敏化太阳能电池中的应用进展

半导体胶体量子点在新型太阳能电池、发光、光电器件和生物医学等领域具有重要的应用价值。目前,对Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等量子点的合成与应用研究仍然是一个研究热点。磷化铟被认为是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中最有希望替代CdSe和PdS等含镉或含铅半导体的材料。重点对磷化铟胶体量子点的合成方法和其在量子点敏化太阳能电池中的应用现状进行了讨论和展望,并提出磷化铟量子点在合成和光伏应用中面临的问题,期望能为高质量磷化铟量子点的合成以及量子点敏化太阳能电池应用研究提供参考。

改进的量子彩色图像中值滤波算法

图像处理任务中广泛应用中值滤波器来平滑图像和消除幅度极大或极小的噪声,并且可以保持图像的边缘特性,不会使图像产生明显模糊。提出一种改进的空间域量子彩色图像中值滤波算法,并且在IBM Q(international business machines quantum)平台上进行仿真。该算法将量子彩色图像进行存储,利用量子比较器模块、量子控制交换器模块、中值计算模块和阈值模块设计量子彩色图像中值滤波的量子线路。相较于已有的量子彩色图像中值滤波算法,在进行中值滤波之前加入了阈值进行噪声判断,该算法滤波效果更好,同时时间复杂度也更低。

氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

任意大小图像的量子描述及双线性插值方法

为解决任意大小图像的量子描述及缩放问题,提出一种改进的量子图像描述方法。采用量子基态描述像素值,采用量子叠加态描述像素位置,该叠加态可包含任意数量的基态,描述任意大小的图像。提出一种基于量子傅里叶变换的图像双线性插值方法。基于量子傅里叶变换基本原理,设计实现加法和乘法的量子线路,利于这两个模块及其它辅助模块,研究实现图像双线性插值的量子线路设计方法,设计双线性插值放大和缩小两种具体的量子线路。基于线路中采用的量子基本门的数量,分析线路的复杂度,其结果表明,该方法可以实现对经典方法的指数加速。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性。