核磁共振量子計算中的實驗技術(shù).pdf

1、量子計算研究的根本目標是建造基于量子力學(xué)原理的新型計算機。作為經(jīng)典計算方式的繼承，量子計算能有效處理一類計算問題，這些問題在經(jīng)典計算科學(xué)中具有相當計算復(fù)雜度甚至無法完成。量子計算機的實驗實現(xiàn)需要對脆弱的量子體系進行初始化，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算機非常困難。相比較而言，核磁共振是當前技術(shù)上最為成熟的量子計算實驗手段之一。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證。這些實驗驗證了量子計算的可行性，給予了人們研究量子計算機的極大信心。
　　 在本文中，我們從核磁共振量子計算技術(shù)開始，說明了如何利用NMR 體系來完成量子計算任務(wù)，并詳細介紹了NMR 核磁共振實驗中的強調(diào)制脈沖技術(shù)。
　　 通過使用強調(diào)制脈沖和梯度場脈沖等技術(shù)，我們完成了一些實驗：實驗觀測了混態(tài)幾何相（Uhlmann 相和Sj¨ oq

3、vist 相），并把它們統(tǒng)一到同一個框架中，這是Uhlmann 幾何相的首次實驗觀測。此外，還實驗觀測了拓撲相，它和SO(3)的雙連通性質(zhì)有著直接的關(guān)系。這些相位的實驗觀測，能對幾何相和拓撲相量子計算的發(fā)展，起到推動的作用。我們還實現(xiàn)了DJ 算法的單向量子計算，這個是液體核磁共振體系中單向量子算法的第一次實驗實現(xiàn)，而且是在一個與線性4量子比特圖態(tài)不同的圖態(tài)上實現(xiàn)的。通過這里運用到的系綜量子計算技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在這個實驗中不需要用到主動的前

4、反饋，實驗的計算結(jié)果依然是確定和正確的。這個獨特和有趣的特點避免了主動反饋實現(xiàn)的技術(shù)難度。最后，我們討論了液晶體系中的量子計算實驗技術(shù)，并研究了各種贗純態(tài)的制備方法。通過我們的工作，找到了一個新的簡單易行的方法來實現(xiàn)贗純態(tài)的制備，并通過了實驗的檢驗。
　　 這些實驗工作為我們最終實現(xiàn)量子計算積累了豐富的實際經(jīng)驗，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算中，或者其它量子體系，甚至是可擴展的量子計算機實現(xiàn)