冷原子系综中超连续变量量子信息的理论研究

There are two basic approaches to building a quantum computer, consisting of (i) qubit based approaches; and (ii) continuous variables (CV) approaches. Each approach has various strengths, such as the availability of many quantum algorithms and powerful error correction codes for the former, and the ease of implementation for the latter. However, despite a worldwide effort there is still currently no clear way forward for building a large scale quantum computer. In this proposal we develop a third alternative to these basic formulations, called "Spin Coherent State Quantum Computation (SCSQC)". This formulation of quantum computing is based on ensembles of qubits to store quantum information, instead of single qubits or phase space based methods. By putting the quantum information on ensembles, this gives several advantages such as: an inherent robustness of the quantum information due to duplication; fast gate operation due to collective effects; the ability to perform non-destructive measurements; and the potential for novel quantum algorithms due to the fundamentally different operation. Currently the status of the theory of SCSQC is that many important results have already been shown, and it appears to be a viable alternative to both the qubit and CV theories. By completing this project we aim to advance the scheme such that it is an alternative to existing schemes.

普遍认为有两种方法可以构建量子计算机，一种方法基于量子比特计算，另一种基于连续变量（CV）计算。每种方法都有其独特的优势，比如前者有较为完善的量子算法和强大的量子编码误差纠错能力，而后者较容易实施。尽管科学家为此在此方面做了大量的工作，但是构建大型可扩展的量子计算机的方法仍是不能令人满意。本项目中我们提出了另一种替代方案，即自旋相干态量子计算（SCSQC）。与基于单量子比特或者相空间的方法不同，本方案依赖于原子系综的量子比特信息存储。在原子系综中储存量子信息有许多优点，例如量子信息复制过程中的固有稳定性，集体原子行为导致的快速操作，非破坏性测量的可行性，以及在新奇的量子算法方面的潜力。目前SCSQC技术已得出许多重要结论，渐渐地成为继量子比特法和连续变量法之外的一个可行方案。通过本项目研究，我们将极大地完善这一方案，使其发展成为现行方案的一种代替方法。

普遍认为有两种方法可以构建量子计算机，一种方法基于量子比特计算，另一种基于连续变量（CV）计算。每种方法都有其独特的优势，比如前者有较为完善的量子算法和强大的量子编码误差纠错能力，而后者较容易实施。尽管科学家为此在此方面做了大量的工作，但是构建大型可扩展的量子计算机的方法仍是不能令人满意。本项目中我们提出了另一种替代方案，即自旋相干态量子计算（SCSQC）。与基于单量子比特或者相空间的方法不同，本方案依赖于原子系综的量子比特信息存储。在原子系综中储存量子信息有许多优点，例如量子信息复制过程中的固有稳定性，集体原子行为导致的快速操作，非破坏性测量的可行性，以及在新奇的量子算法方面的潜力。目前SCSQC技术已得出许多重要结论，渐渐地成为继量子比特法和连续变量法之外的一个可行方案。通过本项目研究，我们将极大地完善这一方案，使其发展成为现行方案的一种代替方法。