多光子多自由度超并行拒错量子计算研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11604012
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Quantum computation is one of important applications of quantum information, and it promises to increase substantially the efficiency of solving certain computationally demanding problems like searching databases and factoring large integers. In contrast with the tranditional quantum computing with many qubits encoding on one degree of freedom only, the hyper-parallel quantum computing in N degrees of freedom increases the channel capacity, reduces the resource by 1-1/N, and robusts against the decoherence caused by their environments. The artificial atom is one of the promising candidates for qubit because of their ultralong coherence time, scalability and flexible controllability, and it has been received great attention. My study is focused on designing compact quantum circuits for implementing error-rejecting hyper-parallel quantum computing via the artificial atoms coupled to resonators based on imperfect single-photon input-output process, including: (1) Error-rejecting quantum circuit for implementing hybrid hyper-parallel universal gates on multi-photon-matter system. (2) Heralded robust multi-photonic-qubit quantum computing with multiple degrees of freedom. (3) Implementation of multi-spin-qubit hyper-parallel quantum computing on solid-state systems through cavity-assisted interactions. Our schemes with high fidelities and high efficiencies will be helpful in hyper-parallel quantum computing and high-capacity quantum communication.
量子计算是量子信息的重要研究内容,它能加速计算速度,解决部分经典计算无法解决的难题。基于多自由度量子系统的超并行量子计算既能增加信道容量、节省资源,又能更好地抵抗光子损耗噪声影响,具有重要的科学意义。人工原子具有相对较长的相干时间和可扩展的优点,是量子计算机理想载体之一,是当今量子信息研究的热点之一。本项目将对基于人工原子非理想情形下的超并行量子计算展开深入研究,包括对光学不完美输入-输出免疫、对不同子系统同时进行独立操作、不受强耦合的限制等实用条件下,研究两个及其多个自由度量子系统的超并行量子计算,具体研究内容包括:(1)多光子与人工原子间超并行杂合拒错量子计算;(2)以人工原子为指示,对光学不完美输入-输出免疫的多光子多自由度超并行光量子计算;(3)多自旋超并行固态量子计算。通过这一研究,争取得到高保真度和高效率的超并行量子计算方案,对超并行量子计算和高容量量子通信研究有所帮助。

结项摘要

超并行量子信息处理是当今国际研究的热点,并以其独特的性质引起越来越多研究者的关注。本项目紧密联系实验,对并行和超并行量子信息处理中的部分问题展开深入研究,研究基于人工原子,各种环境下并行和超并行光量子计算、量子算法、量子光学器件构建的思路和方法,并获得一些有创新性的研究成果:(1) 结合单光子多自由编码,研究多自由度量子refined Detuch-Jozsa算法;(2) 利用人工原子,提出普适multi-qubit门的构建方法,且普事参数可控;(3) 在不完美物理系统下,设计鲁棒的超并行光量子信息处理和量子光学器件方案;我们方案具有信道容量高、环境噪声影响小、量子并行性强、资源消耗少、对不完美系统鲁棒等优点。方案应用于超并行量子计算,服务于超并行远程量子通信。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Hyperparallel transistor, router and dynamic random access memory with unity fidelities
具有统一保真度的超并行晶体管、路由器和动态随机存取存储器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Ji-zhen Liu;Ning-Yang Chen;Wen-Qiang Liu;Hai-Rui Wei;Ming Hua
  • 通讯作者:
    Ming Hua
Optimal Synthesis of the Joint Unitary Evolutions
联合酉演化的最优综合
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    International Journal of Theoretical Physics
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Hai-Rui Wei;Ahmed Alsaedi;Aatef Hobiny;Fu-Guo Deng;Hui Hu;Dun Zhang
  • 通讯作者:
    Dun Zhang
A heralded and error-rejecting three-photon hyper-parallel quantum gate through cavity-assisted interactions
通过空腔辅助相互作用实现的三光子超并行量子门有望实现防错
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-20148-z
  • 发表时间:
    2018-01-30
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu JZ;Wei HR;Chen NY
  • 通讯作者:
    Chen NY
Hyper-parallel Toffoli gate on three-photon system with two degrees of freedom assisted by single-sided optical microcavities
单面光学微腔辅助的二自由度三光子系统超并行Toffoli门
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hai-Rui Wei;Fu-Guo Deng;Gui-Lu Long
  • 通讯作者:
    Gui-Lu Long
Heralded universal quantum gate and entangler assisted by imperfect double-sided quantum-dot-microcavity systems
不完美的双面量子点微腔系统辅助通用量子门和纠缠器的诞生
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Annalen der Physik
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Hai-Rui Wei;Ning-Yang Chen;Ji-Zhen Liu
  • 通讯作者:
    Ji-Zhen Liu

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其他文献

Controlled phase gate and Grover’s search algorithm on two distant NV-centers assisted by an NAMR
在 NAMR 的协助下,对两个遥远的 NV 中心进行受控相位门和 Grover 搜索算法
  • DOI:
    10.1007/s11128-020-02682-w
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    quantum information processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    华明;陶明杰;周增荣;魏海瑞
  • 通讯作者:
    魏海瑞
Bell-state generation on remote superconducting qubits with dark photons
暗光子远程超导量子位的贝尔态生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    quantum information processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    华明;陶明杰;Ahmed Alsaedi;Tasawar Hayat;魏海瑞;邓富国
  • 通讯作者:
    邓富国
One-step entanglements generation on distant superconducting resonators in the dispersive regime
色散状态下远距离超导谐振器的一步纠缠生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    quantum information processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    华明;陶明杰;Faris Alzahrani;Aatef Hobiny;魏海瑞;邓富国
  • 通讯作者:
    邓富国

其他文献

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魏海瑞的其他基金

辅助高维空间量子信息处理的若干优化问题研究
  • 批准号:
    62371038
  • 批准年份:
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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