基于线路量子电动力学的容错量子计算研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874156
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The realization of quantum computer will cause new revolution of information technology. As it is well-known, high-fidelity quantum logical operation is the basic element of universal quantum computation and the essential element for its physical realization. Geometric phases are determined by the global feathers of the evolution system, avoiding the influence of certain local noises, thus can be used to realize high-fidelity quantum control, which can be adopted in quantum computation. But, previous study on nonabelian geometric quantum computation mainly based on multilevel quantum system, where the construction of two-qubit quantum gates is very complicated. In recent years, the applicant has proposed series schemes for nonadiabatic holonomic quantum computation based on superconducting circuits with (effective) three level systems. However, since the superconducting transmon qubit is only weakly anharmonic and the coherent times are relatively short, high-fidelity and fault-tolerant quantum computation still needs further exploration. In this project, through frequency selection to tune the inter-qubit interactions, we intend to study the physical realization of large scale nonadiabatic geometric quantum computation, using microwave fields to drive qubits. Meanwhile, through modulation of the pulse shape of the driving microwave fields, we can further suppress the leakage of the quantum information, the errors due to the control imperfection and systematic errors, and thus further enhance the operational fidelity. Therefore, our study will provide theoretical support and experimental guidance for fault-tolerant quantum computation on superconducting circuits.
量子计算机的实现将引起信息技术的新变革。高保真度的量子逻辑门是普适量子计算的基本单元也是其物理实现的关键。几何相位由演化系统的整体性质决定,避免了某些局域噪声的影响,可以用来实现高保真度的量子操控。然而,前期基于非阿贝尔几何相位的量子计算方案大多在多能级体系中实现,其两比特逻辑门的构造十分复杂。近年来,申请者提出了基于超导体系(等效)三能级体系非绝热和乐量子计算的系列实现方案。然而,由于超导体系非线性较小、相干时间较短,高保真度的容错量子计算有待于深入研究。本项目拟通过对超导比特的微波驱动,通过频率选择来调节比特间的相互作用强度,研究大规模非绝热几何量子计算的物理实现。同时,通过对驱动微波脉冲的调制,可以达到抑制比特信息泄露、控制误差以及系统误差等目的,进一步提高几何量子门的保真度。因此,本项目的研究为超导系统中实现容错量子计算提供必要的理论支持与实验依据。

结项摘要

量子信息技术是可能突破摩尔定律极限的关键技术之一,具有重要的学术价值和潜在应用前景。项目的研究以“量子计算机研制”这一国家重大战略需求为导向,研究聚焦于固态几何量子计算,特别注重理论探索和实验研究相结合。项目按照研究计划执行,完成了全部研究内容,包括超导量子芯片上基于参数可调耦合的几何与和乐量子计算与量子模拟的理论与实验研究;基于复合脉冲、优化控制、时间最优化、路径优化等技术的几何与和乐量子计算的理论与实验研究;基于编码子空间的几何与和乐量子计算及其物理实现。同时,我们也额外开展了基于超导体系的拓扑量子模拟以及基于半导体量子点量子比特的几何与和乐量子计算。. 项目的研究证明几何量子门在鲁棒性和保真度两个关键指标方面具有优势,为未来大规模量子计算的构建提供了更好的备选方案。项目的理论成果得到了国内外知名实验组在Physical Review Letters等期刊上发表的10个实验的直接验证或应用,有力地促进了几何量子计算理论与实验的发展。项目的研究成果发表科研论文42篇,包括Physical Review Letters 3 篇,npj Quantum Information和Quantum Science and Technology 各1篇,Physical Review Applied 11篇,Physical Review A 9篇。项目的研究成果获得了国内外同行的广泛关注和认可,被Reviews of Modern Physics,Nature Physics,Physical Review Letters 等SCI核心集期刊广泛引用。. 项目执行期间培养培养博士后2人,博士3人,硕士6人,硕士生转硕博连读4人,使他们得到了全程的科研训练,博士后和博士毕业生目前均在高校工作。

项目成果

期刊论文数量(42)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Single-Loop and Composite-Loop Realization of Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates in a Decoherence-Free Subspace
无退相干子空间中非绝热完整量子门的单环和复合环实现
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.12.024024
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physical Review Applied
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhu Zhennan;Chen Tao;Yang Xiaodong;Bian Ji;Xue Zheng-Yuan;Peng Xinhua
  • 通讯作者:
    Peng Xinhua
Interaction induced non-reciprocal three-level quantum transport
相互作用引起的非互易三能级量子输运
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/abee0c
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Li Sai;Chen Tao;Liu Jia;Xue Zheng-Yuan
  • 通讯作者:
    Xue Zheng-Yuan
Single-step multipartite entangled states generation from coupled circuit cavities
从耦合电路腔单步产生多部分纠缠态
  • DOI:
    10.1007/s11467-019-0888-1
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Frontiers of Physics
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Mo Xiao-Tao;Xue Zheng-Yuan
  • 通讯作者:
    Xue Zheng-Yuan
Dynamically Corrected Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates
动态校正的非绝热完整量子门
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.16.044005
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Physical Review Applied
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li Sai;Xue Zheng-Yuan
  • 通讯作者:
    Xue Zheng-Yuan
Plug-and-Play Approach to Nonadiabatic Geometric Quantum Gates
非绝热几何量子门的即插即用方法
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.123.100501
  • 发表时间:
    2019-09-03
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Liu, Bao-Jie;Song, Xue-Ke;Yung, Man-Hong
  • 通讯作者:
    Yung, Man-Hong

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其他文献

Implementation of a Quantum Conditional Phase Gate for the Quantum Fourier Transform in Circuit QED
电路 QED 中量子傅立叶变换的量子条件相位门的实现
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/27/7/070305
  • 发表时间:
    2010-07
  • 期刊:
    Chin. Phys. Lett
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余龙宝;薛正远
  • 通讯作者:
    薛正远
Detecting fractional Josephson effect through 4π phase slip
通过 4Ω 相滑检测分数约瑟夫森效应
  • DOI:
    10.1209/0295-5075/118/57005
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Europhysics Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振涛;薛正远;于扬
  • 通讯作者:
    于扬
span style=color:#333333;background-color:#F8F8F8;High fidelity quantum state transfer in electromechanical systems with intermediate coupling/span
具有中间耦合的机电系统中的高保真量子态转移
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    周健;胡勇;尹章琦;汪子丹;朱诗亮;薛正远
  • 通讯作者:
    薛正远

其他文献

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薛正远的其他基金

强鲁棒的几何量子计算理论及其在超导量子电路中的物理实现研究
  • 批准号:
    12275090
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
强鲁棒的几何量子计算理论及其在超导量子电路中的物理实现研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
几何与拓扑相位及其在容错量子计算中的应用
  • 批准号:
    11004065
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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

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          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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