大尺度量子线路模型的研究

项目名称： 大尺度量子线路模型的研究

项目编号： No.61303039

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 罗明星

作者单位： 西南交通大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 量子计算不仅是量子信息理论的重要分支，也是量子应用的关键，已被广泛应用到物理、计算机科学、密码学等多个领域。然而，基于小尺度量子计算模型的量子算法往往需要大量基本逻辑门，其线路规模太大而无法扩展量子应用范围。同时，由于噪声或环境的干扰，大规模量子线路的物理模拟很容易受到累积错误的影响，无法提取正确信息， 从而缺乏物理可执行性，尤其是涉及多个量子系统的大尺度计算问题。因此，大尺度量子线路模型的深入研究具有重要理论和应用意义。本项目的研究目标是：一、利用混合多层量子系统和矩阵理论研究量子系统演化的大尺度分解方法，减少量子基本变换数量；二、基于稀疏矩阵压缩和量子信息存储理论实现稀疏量子变换的快速分解，并降低受控量子逻辑门的执行复杂度；三、基于混合分解方法和高阶稀疏酉矩阵探索高阶量子通有逻辑门，以构造大尺度量子线路模型。

中文关键词： 量子线路模型；量子模拟模型；分布式计算；混杂系统；大尺度光子系统

英文摘要： Quantum computation is one important branch of quantum information theory and the key to quantum applications. It has been applied to many fields such as the physics, the computer science and the cryptography etc. However, the present quantum algorithms based on small-scale quantum computation model requires lots of primitive quantum logic gates, which leads to the scales of their quantum circuits are too large to simulate and extend for various quantum applications. Moreover, from the noise and environment interactions the physical simulations of many quantum logic gates may be disturbed from cumulative errors, and difficult to extract useful information from final quantum measurement. Thus the present quantum circuits lack the physical feasibility especially for large-scale computation problems with multiple quantum systems. Therefore, it is very important and valuable both in the theory and application to investigate the quantum circuit model with large-scale. Our purposes of this project are as follows: First, explore the large-scale decomposition techniques of the quantum system evolutions using hybrid multi-level quantum systems and matrix theroy in order to decrease the quantum logic gates. Second, utilize the sparse matrices compression and the quantum register theory to quickly decompose the sparse qua

英文关键词： Quantum circuit model；Quantum simulation model；Distributive computation；hybrid system；large scale photonic system