核磁共振量子計(jì)算中的實(shí)驗(yàn)技術(shù).pdf

1、量子計(jì)算研究的根本目標(biāo)是建造基于量子力學(xué)原理的新型計(jì)算機(jī)。作為經(jīng)典計(jì)算方式的繼承，量子計(jì)算能有效處理一類計(jì)算問題，這些問題在經(jīng)典計(jì)算科學(xué)中具有相當(dāng)計(jì)算復(fù)雜度甚至無法完成。量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)需要對(duì)脆弱的量子體系進(jìn)行初始化，相干控制和操作以及讀出，要建立一種能夠滿足各方面要求的量子計(jì)算機(jī)非常困難。相比較而言，核磁共振是當(dāng)前技術(shù)上最為成熟的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)手段之一。利用成熟的傳統(tǒng)磁共振技術(shù)，人們完成了初態(tài)制備、量子邏輯門操作，實(shí)現(xiàn)了12量子比特

2、的相干調(diào)控（迄今最大數(shù)量的量子比特操控），大量的量子算法也已在低量子位水平上得到了驗(yàn)證。這些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了量子計(jì)算的可行性，給予了人們研究量子計(jì)算機(jī)的極大信心。
　　 在本文中，我們從核磁共振量子計(jì)算技術(shù)開始，說明了如何利用NMR 體系來完成量子計(jì)算任務(wù)，并詳細(xì)介紹了NMR 核磁共振實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)調(diào)制脈沖技術(shù)。
　　 通過使用強(qiáng)調(diào)制脈沖和梯度場(chǎng)脈沖等技術(shù)，我們完成了一些實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了混態(tài)幾何相（Uhlmann 相和Sj¨ oq

3、vist 相），并把它們統(tǒng)一到同一個(gè)框架中，這是Uhlmann 幾何相的首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。此外，還實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了拓?fù)湎?，它和SO(3)的雙連通性質(zhì)有著直接的關(guān)系。這些相位的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，能對(duì)幾何相和拓?fù)湎嗔孔佑?jì)算的發(fā)展，起到推動(dòng)的作用。我們還實(shí)現(xiàn)了DJ 算法的單向量子計(jì)算，這個(gè)是液體核磁共振體系中單向量子算法的第一次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，而且是在一個(gè)與線性4量子比特圖態(tài)不同的圖態(tài)上實(shí)現(xiàn)的。通過這里運(yùn)用到的系綜量子計(jì)算技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中不需要用到主動(dòng)的前

4、反饋，實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果依然是確定和正確的。這個(gè)獨(dú)特和有趣的特點(diǎn)避免了主動(dòng)反饋實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度。最后，我們討論了液晶體系中的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并研究了各種贗純態(tài)的制備方法。通過我們的工作，找到了一個(gè)新的簡單易行的方法來實(shí)現(xiàn)贗純態(tài)的制備，并通過了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。
　　 這些實(shí)驗(yàn)工作為我們最終實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算積累了豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從液體和液晶中發(fā)展起來的量子態(tài)相干控制技術(shù)將來可能被用到固體量子計(jì)算中，或者其它量子體系，甚至是可擴(kuò)展的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)