量子计算中量子混沌的产生、演化及其抑制研究

量子计算利用量子态的相干叠加和纠缠等特性，实现经典计算无法比拟的信息处理能力。然而量子比特之间近距离的相互作用以及量子计算系统与外部环境之间不可避免的耦合作用，将会导致在量子信息处理装置中产生量子混沌运动，从而严重影响量子计算的可控性和可操作性。本课题通过对量子计算中存在的静态干扰、随机噪声干扰和耗散干扰等不同的干扰类型建立相应的数学模型，使用随机矩阵理论、量子Monte Carlo模拟、保真度摄动分析等方法，结合数值仿真，研究量子计算中量子混沌的产生和演化规律，并系统地分析量子混沌的产生对量子纠缠和相干性等重要特性的影响。在此基础上利用动态解耦方法抑制量子混沌，提高量子计算系统的鲁棒性，为设计大规模高可靠性的容错量子计算系统提供理论指导。

来自于外部环境以及量子计算机内部的各种干扰和耦合作用是顺利进行大规模量子计算的主要障碍之一。在项目的资助下，我们研究了量子计算系统中由于各种噪声、干扰和耦合作用引起的量子混沌运动，以及由此引起的对量子计算结果正确性、可逆性、可信计算时间、量子纠缠和量子关联等的影响。在此基础上，探索了使用量子调控方法抑制量子计算干扰的相关问题。其中比较重要的进展包括：.（1）通过分析封闭环境中Ising自旋模型、量子Grover搜索算法和量子Harper模型仿真算法中的干扰作用，得到了随机噪声和静态干扰下可信计算时间尺度和量子保真度的衰减规律。我们还提出使用能谱序列的1/f波动来刻画量子计算中的量子混沌运动。.（2）给出了使用量子蒙特卡洛模拟分析开放量子Grover搜索和量子Harper模型中耗散干扰的方法，并将耗散干扰的影响同随机噪声、静态干扰进行了比较。.（3）首次分析了具有干扰的量子计算中量子失协的演变规律，发现Harper模型中量子失协的演变比量子纠缠更为鲁棒。.（4）在复杂量子系统和复杂网络之间进行映射和谱特性比较，发现了量子动力系统的时间演化和复杂网络的空间拓扑结构转变之间存在对应性。.以此为基础，共发表标注基金资助的相关论文8篇，其中被SCI检索3篇，EI检索4篇，即将由科学出版社出版专著1本；培养已毕业硕士研究生1名，在读研究生2名；项目负责人赴意大利国际理论物理中心参加学术研讨等。总体上较好地完成了预期目标。