一次性量子计算

量子计算利用量子叠加、相干、纠缠等量子特性，加快了运算速度，能够解决某些经典计算过程所无法完成的计算任务。用物理体系实现的量子计算机，则相应地比经典计算机具有更强的计算能力。最近，一次性量子计算方案的提出为实验实现量子计算开辟了一条崭新的途径。一次性量子计算的优点是，只需在制备好的二维cluster态上进行设计好的时序测量就可以完成各种所需的算法，在某些体系上容易操作和执行。同时，cluster态作为执行一次性量子计算的重要纠缠资源，具有较好的抗噪声性能，为实验实现提供了有力保障，因此它的发展前景十分看好。鉴于一次性量子计算方案受到人们的普遍关注，研究工作主要集中在理论方案的研究，实验研究工作刚刚开始，我们将致力于研究如何在核磁共振体系中制备cluster态、通过实验验证cluster 态较其他纠缠态在噪声环境下有更好的的抗噪声性质、利用cluster态实现一次性量子计算和对任意子的研究。

基于量子力学原理的量子计算比经典的计算过程具有更强的计算能力和更高效率。很多物理系统验证了其优越性，但是比特数的可扩展性是它们步入实际应用阶段共同面对的难题。一次性量子计算的提出，为科研工作开辟了一条崭新的途径。在国家自然科学基金的支持下，我们在量子计算实验和理论研究领域取得一系列有意义的研究成果,其中一些具有国际领先水平。主要研究成果如下：.1. 使用核磁共振技术，我们实验制备出了四粒子图态，并在其上实现了确定性的一次性量子计算（Phys. Rev. A 81, 012322 (2010)）。..2. 我们研究了存在退极化通道的情况下，由于测量造成的退极化噪声的累积，对构造cluster states的影响（Chin. Phys. Lett. 27, 080303 (2010)），并给出了构造clusters states的可以容错的临界值。..3.我们通过对量子算法进行改进优化，成功完成了143质因数分解（PhysRevLett.108.130501（2012）），这也是迄今国际上分解的最大整数，对量子计算向多比特的扩展具有重要意义。..4.我们利用核磁共振技术完成了国际上首次概率克隆实验（PhysRevLett.106.180404（2011）） ，并从实验角度对概率克隆的效率和保真度进行了完整的分析。..5. 利用核磁共振量子模拟技术，我们将旅行商人最优路径问题与系统演化的哈密顿量相对应，经过量子绝热演化过程，成功得到了历遍4个城市的最优路径（PHYSICAL REVIEW A 83, 032314 (2011)）。..6. 我们分析了三粒子可分离态情形下局域观测量非对易性与Svetlichny不等式范围之间的关系（Chin. Phys. Lett. 27, 040303 (2010)）。发现即使是三粒子的直积态，也具有某种程度的关联。.