摘要 量子生成对抗网络(quantum generative adversarial networks, QGAN)在图像处理、金融分析等领域应用中展现出了优越的性能.本文首次提出了一种基于量子生成对抗网络的量子拓扑码解码器,并应用于优化容错量子隐形传态系统.在本文中,首先构建并测试了QGAN算法的量子线路,搭建了拓扑码解码器训练模型.其次,针对拓扑码本征值数据集,设计了算法的输入输出,并训练得到高效率的解码模型.最后,构建了带有QGAN解码器的拓扑码优化量子隐形传态系统,相较于原始系统展现出更好的容错性能.在码距d=3及d=5的解码实验表明,本模型纠错成功率可以达到99.887%.在实验中,本QGAN解码器的保真度阈值约为P=0.1706,相较经典解码模型阈值约为P=0.1099,有了明显提升.另外,量子隐形传态系统在d=3拓扑码优化抗噪下,在非极化噪声阈值P<0.0607范围内具有明显的保真度提升;在d=5拓扑码优化抗噪下,在非极化噪声阈值P<0.0778范围内具有明显的保真度提升.本文提出的QGAN解码模型,结合了量子隐形传态方法,为量子深度学习的应用提供了新思路,并可应用于其他非均匀噪声处理领域.

关键词 量子生成对抗网络; 拓扑码; 解码器; 非极化噪声; 量子隐形传态; 保真度; QGAN; topological code; decoder; depolarizing noise; quantum teleportation; fidelity

摘要 近年来,量子计算受到国内外越来越广泛的关注,美国、欧洲、日本和澳大利亚等国都投入了大量资金,量子计算应用研究成果开始涌现.在众多的量子计算物理系统中,半导体量子计算因具有与现有集成电路工艺兼容及可扩展、可集成的优点而备受重视.本文在介绍国内外半导体量子计算研究进展的基础上,探讨半导体量子计算发展中面临的关键科学技术难题,以及未来半导体量子计算规模化、集成化、产线化的发展趋势.

关键词 硅; 锗; 量子点; 量子比特; 量子计算; silicon; germanium; quantum dot; quantum bit; quantum computing

关键词 量子信息;

摘要 光量子信息技术通过使用光子承载量子信息,在量子通信、量子精密测量、线性光量子计算中发挥着重要作用.近年来,非平衡光纤干涉仪被广泛应用于光量子比特信息的制备、操控和测量过程中.然而,基于光纤器件的非平衡光纤干涉仪容易受到环境温度、应力等物理量变化的扰动,使得其使用过程需要反馈控制的配合.现有反馈控制装置常使用一束参考激光结合光电探测来实现,容易在光量子比特信息中引入额外噪声.因此,本文面向光量子信息应用,验证了一种基于弱相干参考光结合单光子探测计数的反馈控制方案.在理论分析基础上,我们实现了对臂长差约为1 m的非平衡光纤迈克尔逊干涉仪(fiber Michelson interferometer)的反馈控制,相位抖动小于0.042弧度,并在该干涉仪中测量到单光子干涉的条纹可见度大于99%.

关键词 非平衡光纤干涉仪; 反馈控制; 弱相干光; 光子计数; unbalanced fiber interferometer; feedback control; weak coherent light; photon counting;

摘要 量子纠错与量子计算是量子信息科学坚实的基础和重要的组成部分.在实际应用中,如大气传输中的量子通信,将需要多种数学运算,其中包括量子纠错码.量子纠错码可以抵抗噪声,但由于构造量子纠错码依赖于量子纠缠,因此被认为是困难的.利用图态解决码字纠缠度是一个很有前途的解决方案,但高维图态构造起来仍有诸多困难,上述困难可以巧妙地通过码字纠缠的上界和下界来解决.本文根据稳定子码循环差集的特性和经典低密度奇偶校验(low-density parity check, LDPC)码的U和B组合,构造了高维量子低密度奇偶校验(quantum low-density parity check, QLDPC)码.通过计算新码元的非Z型生成元并求出其最小数目得到新码元的纠缠上界;再计算新码校验矩阵的秩作为纠缠下界.当码字纠缠上界和下界不同时,利用机器学习中的学习向量量化(learning vector quantization,LVQ)算法可同时求得码字纠缠度和编码复杂度,以此推得它们之间的关系.在计算运行速度方面,对比拉格朗日乘数法中的迭代算法, LVQ算法运行速度提高了37.68%,而且在稳定性和精度方面, LVQ算法的性能优于拉格朗日乘数法中的迭代算法.本文在量子码字纠缠度的测量中迈出了重要的一步,为设计具有更高译码效率的量子纠错码提供了帮助.

关键词 量子低密度奇偶校验码; 稳定子码循环差集; U和B组合; 码字纠缠度; 学习向量量化; quantum low-density parity codes; cyclic difference set of stabilizer codes; combination of U and B; codewords entanglement measurement; learning vector quantization;