项目名称: 光子系统两自由度超并行量子计算研究

项目编号: No.11474026

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 邓富国

作者单位: 北京师范大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 利用量子叠加态进行计算的量子计算机具有神奇的量子并行功能,可以指数地加快大数质因子分解算法的速度,平方根地加速无序数据库的搜索,指数地加快量子体系的仿真计算。光子系统具有多个可以当作量子比特的自由度,如极化、空间模式、角动量、频率等。已有的模型通常基于光子某一个自由度进行量子计算。充分利用光子系统两个自由度进行量子计算,具有更强的并行性,且需要的量子资源少、具有更强抵抗光子数损耗噪声的特征、相对而言更易于存储,因此基于光子系统两自由度的超并行量子计算机具有很好的研究价值,且相关研究才刚刚起步。本项目主要研究基于光子系统极化与空间模式两自由度的超并行普适量子门,两自由度光子与固态系统超并行杂化量子门,不同自由度量子态之间的转化、集成与分解,以及超并行量子计算机对部分量子算法的影响。力争在超并行量子计算机和超并行量子算法方面有一些创新性的研究成果,推进光子系统两自由度超并行量子计算的发展。

中文关键词: 量子信息;量子光学;超并行量子计算;光子系统;两自由度

英文摘要: A quantum computer has a powerful capability for the computation with quantum superposition states. It can decompose a big number with an exponential speedup, improve the speed of the search on a databus and the similutaion on a quantum system largely. There are several degerees of freedom (DOF) for a photonic system in which each can act as a qubit (a two-level system), such as the polarization, spatial-mode, AOM, frequency, and so on. Most of the previous proposals for the quantum computing is based on some a DOF of a photonic system. It is interesting to complete the hyperparallel quantum computing fully with two DOFs of a photonic system as it can improve its parallel speed and it requires less resource. Moreover, it is robuster again the noise for the photon loss and is relatively easier for storage. This topic attracts much attention recently. In this project, we will investigate the universal hyperparallel quantum gates based on both the polarization DOF and the spatial-mode DOF of a multi-photon system, the hyperparallel hybrid quantum gates based on the photons with two DOFs and solid systems, the transformation, intergation, and decomposation of the quantum states from the different DOFs of photonic systems. We will study the speedup on quantum althograms from a hyperparallel quantum computer as well. We hope that we will obtain some interesting outcomes on hyperparallel quantum computing and hyperparallel quantum althogorams from this project.

英文关键词: quantum information;quantum optics;hyperparallel quantum computation;photon system;two degrees of freedom

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