月度归档:2011年11月

国际学术期刊以封面文章刊发复旦新成果

国际学术期刊以封面文章刊发复旦新成果

最新出版的国际重要期刊——《物理学杂志A》 (Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical) 发表了我们课题组的有关无标度网络上量子游走方面的最新成果。量子游走对量子计算机的制造具有重要的意义,我们的结果揭示了网络结构特别是无标度结构与量子游走行为的关系。可能因为这一原因,编辑选择本文作为该杂志当期的封面论文

作为文章的第一作者,我的硕士生李-鹏程同学因为这篇文章获得了2011年复旦大学博士生学术论坛(计算机科学技术篇)的最佳论文奖

论文信息如下:

Li Pengcheng, Zhang Zhongzhi (Corresponding author), Xu Xinping, and Wu Yonghui, Dissimilar behaviors of coherent exciton transport on scale-free networks with identical degree sequence. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 2011, 44:445001. (Cover paper)

《Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical》是英国皇家物理学会主办的重要杂志。迄今为止,我们已在这一期刊上发表论文十余篇。

量子计算机系列—开篇,原理

好久没有写博客了!学习量子计算机的相关知识有一段时间了,总结在此,希望有兴趣的朋友能一起讨论。最初引起我兴趣的是看到一台台式机大小的量子计算机的理论计算速度是美洲虎(2009年世界上最快的超级计算机)的10亿倍。被性能诱惑的我开始了
量子计算机的学习旅程

让我们从计算机的思维开始:计算机的本质是一个物理系统。它是物理符合数学规律可被数学形式描述的物理系统。经典计算机的物理的描述是:计算机是一个物理系统,它以T0时
间作为出发点,精经过时间delta,达到T1的状态,我们称T1时刻这个物理系统的状态是运算结果,T0是初始状态,中间的物理变化就是运算过程。量子
计算机的本质也是基于这个概念。
回溯历史:人类早期以家族聚居时就已经学会了量化,比如他们用石头的数量来标记猎物的数量。计算的现象诞生接着人们形成了部落,打猎的数量越来越多,于是人们开始寻找更好的表示数字的东西,结绳计数与刻画计数以及算盘诞生。此时数字信号已经可以被
长久记录,小型的计算量出现再然后,人们形成了国家,计量金钱与货物的更加复杂的计数方式诞生—以多个结绳表示,并在同一时期出现了语言可直接表述的古希腊数字,比如
I,II,II,IV,V。。。等等。此时较大规模的计算开始萌芽后来世界统一了计数方式,采用统一的阿拉伯数字1,2,3,4。。。,同一时期—-数学推论爆炸再后。。。大家都知道事情我就不说了
我们的社会越发达,需要的计数能力就越高,需要的计算能力也越高。计算机诞生于大约1910年左右,经过这100年左右的发展,演变成为你我今天手中
或者办公桌上的电子计算机。我们对性能的追求是没有限制的,总是往更好的方向发展。量子计算机是一种比普通电子计算机更加精确的物理系统。它同样拥有计数与计算的能力,
而且能力更(verry)强,所以量子计算将会成为未来计算的一种趋势。
量子计算机为何比普通计算机快?这是因为1、普通计算机受到存储I/O限制,速度增长遇到瓶颈。普通计算机的运算中心本质上是电子元件构成的逻辑单元。电子计算机的顶峰性能就是所有逻辑
单元只需要几个电子,此时已经不能在压缩。根据摩尔定律计算机的性能每18个月翻一番,计算机的体积每18个月缩小一倍。电子计算机的性能不久以
后就会达到极限。2、量子的本质比电子小得多(电子的大小事量子大小的1000倍-100万倍),量子计算机的空间占用量更小,同种体积限制条件下,逻辑单元要多出许多
。3、量子特有的纠缠特性,使得量子在数的表示能力方面呈几何级增长(也就是n个量子的运算和存储能力为2的n次方)。量子在同一时刻具有两个运动
分量,这不同于电子同一时刻只有一种物理特性,即要么是“+”,要么是因此“-”。量子的特性用波函数表示(抱歉,没法插入特殊字符),假设一
个量子的的波函数满足 fine(sigma) ,则其中fine(sgma) = alfa*fine(alfa) + beta * fine(beta). alfa和beta是该量子在不同方向的运动分量,
fine是他们各自的波函数。(稍后解释),量子在同一时刻的状态由两个相互背离的“粒子”决定(即在三维坐标空间上它以一定概率向某一个方向运
动,但同时也以另一个概率向完全不同的另一个方向运动)。由于量子的这种精神分裂症,它在同一时刻可以表示两种状态,因此提供给我们的计算机
会更多。
解释波函数:量子的纠缠特性是指量子在同一时刻存在两个状态(我们知道光子具有波粒二象性,光子就是一种量子,它在某一个固定时刻的物理状态
是不确定的),而这两个状态共同代表代表了量子的状态,通过物理和数学的推论,科学家们(抱歉,记不住名字)得到量子的数学特性即波函数方程
:量子sigma符合fine(sigma) = alfa * fine(alfa) + beta * fine(beta)。如果我们去测试该量子在alfa方向运动的能量分量,则该量子坍缩为一个
确定值,即alfa分量的值稳定,而beta分量的能量坍缩(可以理解为消失,不能测试).
虽然量子具有这些不可确定性,但是为了获得它的能力是值得我们去探索的。
过一段时间我整理好量子“原件”的基本逻辑之后,再接着写,希望此文章可以引来相同的爱好者。
我也是略作解说,由于水平有限再加上人年轻,容易浮夸,如果大家发现文章有什么错误,请不吝指正。
发表于 2011-11-10 17:28 何清龙

碳化硅有望在量子计算机当中存储量子比特

报道,最近,美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校物理学家发现,碳化硅中包含的晶格缺陷可以在量子力学水平被操控作为一种室温下的量子比特来使用,这一发现使碳化硅有望成为下一代信息技术的核心,广泛应用于电子工业,探索超快计算、纳米传感等量子物理领域。相关论文发表在本周出版的《自然》杂志上。

碳化硅量子比特有望应用在未来量子计算机当中

在传统半导体电子设备中,晶格缺陷是一种瑕疵,它们会把电子“陷落”固定在特殊晶格位上。但研究小组却发现,在碳化硅中,被晶格缺陷“陷落”的电子能以某种方式初始化它们的量子态,通过一种光与微波辐射结合的方式,能对其进行精确操控和测量。这意味着,每个晶格缺陷都符合量子比特的要求,作为一种量子力学模拟晶体管来使用。“我们期待把这些不完美的瑕疵变得完美而实用,而不是让晶体变得完美有序,把这些瑕疵作为未来量子技术的基础。”论文作者、该校自旋电子及量子计算中心主管、物理学教授大卫·奥斯卡洛姆介绍说,大部分材料的晶格缺陷都没这种属性,这和材料的原子结构及半导体的电子特征密切相关。

目前已知的唯一拥有相同特征的系统是钻石中的氮晶格空位中心(nitrogen-vacancy center),由氮原子取代了碳原子及邻近晶格空位导致,也能在室温下用作量子比特,而其他物质的量子态要求接近绝对零度。但氮晶格空位中心的钻石很难生长,给制造集成电路带来很大困难。相比之下,商业中用的高质量碳化硅晶体直径能达到几英寸,很容易用在各种各样的电子设备、光电设备和电动机械设备中。研究人员指出,碳化硅晶格缺陷适用于红外光,其能量和目前整个现代电讯网络所用的光很接近。未来的集成量子设备有着精密的电子和光学线路,这些独特的性质让碳化硅成为最有吸引力的候选材料。“我们的梦想是能自由设计量子机械设备。就像城市工程师能按照载荷能力、跨度设计桥梁一样,希望有一天量子工程师能按照量子纠缠度、与环境相互作用度等规格指标来设计量子电器设备。”论文领导作者、奥斯卡罗姆实验室研究生威廉姆·凯尔说。

 

洛·马公司安装D-Wave One量子计算机

国防部网11月3日电 据forbes网站报道:上周五,洛克希德•马丁公司在南加州大学信息科学学院安装了D-Wave公司生产的量子计算机。今年5月,洛•马公司购买了该系统,并与D-Wave公司签署了运行维护合同。

D-Wave计算机是一种隔热运行的量子计算机,将一个128位量子比特的超导芯片置入一个10平方米空间的散热系统。D-Wave计算机优化了数据分析和模式识别,尤其可以处理大量无法人工分析确认的数据。该系统还可以处理机器学习问题。

南加州大学工程学院院长圣亚尼斯尤特索斯表示,该系统将开辟一片新天地,而量子芯片将有可能帮助解决一些世界上最复杂的优化和机器学习问题。

(工业和信息化部电子科学技术情报研究所 陈皓)