摘要：

量子計算擁有傳統計算機無法比擬的超強計算能力,是最重要的后摩爾技術之一。隨著集成電路技術按照摩爾定律不斷發展,單個芯片上集成的晶體管數目越來越多,芯片上半導體器件的尺寸也越來越小。當器件的特征尺寸接近單個原子的尺度時,量子效應將不可避免,從而導致晶體管的功能失效。為此,探索后摩爾時代的新使能技術是計算機科學發展的必然要求。量子計算恰是一種利用量子效應的新型計算技術,而且是從計算模型到實現方式都完全不同于傳統電子計算機的全新方法。量子算法的研究已經表明,量子計算相比經典計算在很多領域的問題求解上擁有復雜度量級上的根本計算能力優勢,因此,量子計算成為世界各國爭相投入的前沿領域。自提出以來的三十多年來,量子計算研究在量子算法、物理實現等各個方面都取得了巨大進展,但絕大部分工作仍著重"物理系統",缺少"計算系統"相關的研究探索。量子計算的物理實現方面,已經提出了光子、原子、離子、量子點、超導等多種物理體系實現方案；榮獲2012年諾貝爾物理學獎的"單量子系統測量與操控"研究,是量子物理系統發展的重要里程碑成果；許多展示和驗證量子算法基本原理的小規模量子物理系統也相繼出現。然而,這些研究大都仍停留于"物理系統"層面,缺少"程序控制"等傳統計算機中重要的、"計算系統"相關的思想與概念,很多算法實現工作甚至停留在"手工"操控水平。為此,本課題聚焦量子計算系統的可編程性,研究運用計算機科學中的方法與技術實現可編程的量子計算系統。具體地,我們設計實現了基于糾纏光子的可編程玻色-費米量子模擬系統。主要貢獻包括:·理論推導了運用糾纏光子模擬全同玻色子和全同費米子的方法。該方法通過控制糾纏光子的糾纏態相位,實現對玻色子和費米子量子系統演化行為的有效模擬；同時,我們針對典型量子演化網絡上玻色子和費米子的演化行為進行了定量分析；為玻色子和費米子量子模擬系統的設計與實現提供了理論指導。·設計實現了可編程玻色-費米量子模擬系統。該系統可通過運行含量子語句的程序完成模擬任務,類似的可編程機制只在D-Wave等極少數研究中有出現,為量子計算系統"計算機理"的研究提供了重要的實驗平臺。·系統評測了所實現的可編程玻色-費米量子模擬系統。評測了系統中的偏振糾纏雙光子源,偏振對比度分別達到98.28%(|Ψ+?,水平垂直偏振測量基)、99.65%(|Ψ-?,水平垂直偏振測量基)、98.55%(|Ψ+?,對角反對角偏振測量基)和97.48%(|Ψ-?,對角反對角偏振測量基),CHSH不等式性質達2.72(15-σ不等式違背,0.5秒計數)和2.41(94-σ不等式違背,50秒計數),保真度達94%(|Ψ+?)和92%(|Ψ-?)；評測了全系統的模擬精度,與理論結果的相似度達95.2%(模擬玻色子)和97.1%(模擬費米子)。評測結果表明,所實現系統能在程序控制下以很高精度有效模擬玻色子和費米子的量子演化行為。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的用计算机模拟光子行为,光量子玻色—费米模拟系统的设计与实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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