Implementation of a Quantum Algorithm to Solve Deutsch's Problem on a Nuclear Magnetic Resonance Quantum Computer
J. A. Jones, M. Mosca
我们演示了使用的NMR量子计算机的基础上嘧啶碱基胞嘧啶，和实施的量子算法来解决Deutsch的问题。
We demonstrate the use of an NMR quantum computer based on the pyrimidine base cytosine, and the implementation of a quantum algorithm to solve Deutsch's problem.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Nuclear magnetic resonance implementation of the Deutsch-Jozsa algorithm using different initial states
Deutsch-Jozsa算法用一个单一的求值来区分常数函数和平衡函数。在这项工作的第一部分中，我们提出了模拟的核磁共振（NMR）的Deutsch-Jozsa算法的3自旋系统的所有可能的平衡功能的应用。三种不同的初始状态被认为是：热态，伪纯态，和一对（差）的伪纯态。然后，对五自旋系统的几个平衡函数和两个常数函数进行了模拟。最后，通过使用16个频率的脉冲，以创建一个输入相当于一个常数函数或平衡函数得到相应的实验谱，并与计算机模拟得到的结果进行了比较。
Deutsch Algorithm on Classical Circuits
著名的Deutsch算法（DA）和Deutsch-Jozsha算法（DJA）都被用来证明量子计算机优于经典计算介质的能力。在这些理论实验中，已经表明量子计算机可以在几个步骤内确定地找到答案，尽管经典电子系统必须比量子计算机进行更多的迭代。本文证明了用普通电子器件构成的经典计算系统可以完成与量子计算机相同的任务。DA和DJA量子线路的作用就像一台模拟计算机，因此将经典数字计算机的比特与量子计算机的量子比特进行比较是不公平的。模拟信号承载线当然将比没有串行通信协议的位承载线承载更多的信息。
An implementation of the Deutsch-Jozsa algorithm on a three-qubit NMR quantum computer
介绍了一种利用高分辨核磁共振（NMR）实现量子计算机的新方法。其关键特征是同时施加两个或多个线选择性射频脉冲。利用2，3-二溴丙酸中三个耦合质子的400 MHz核磁共振谱研究了三量子比特量子计算机。它已被用来实现Deutsch-Jozsa算法，用于区分常数和平衡函数。扩展到包含更多耦合自旋的系统是简单的，不需要更长的实验。
Experimental Realization of Deutsch's Algorithm in a One-way Quantum Computer
我们报告的第一个实验演示的全光单向实施的Deutsch的量子算法上的四量子比特集群状态。作用于双量子位寄存器的平衡或常数函数的所有可能配置都在量子计算的基于测量的模型中实现。实验结果与理论模型吻合较好，证明了算法的有效性。
Implementation of the refined Deutsch-Jozsa algorithn on a 3-bit NMR quantum computer
我们在一台3位核磁共振量子计算机上实现了改进的Deutsch-Jozsa算法，由于量子位是纠缠的，这是对量子并行性的有意义的测试。精确地实现了所有的平衡和恒定功能。结果与理论预测一致，并清楚地区分了平衡函数和常数函数。针对软z脉冲和J耦合提出了有效的重聚焦方案，并证明了该算法在热平衡状态下得到的结果与纯态下的结果相同。
The performance of quantum computers today can be studied by analyzing the effect of errors in the result of simple quantum algorithms. The modeling and characterization of these errors is relevant to correct them, for example, with quantum correcting codes. In this article we characterize the error of the five qubits quantum computer ibmqx4 (IBM Q), using a Deutsch algorithm and modeling the error by Generalized Amplitude Damping (GAD) and a unitary misalignment operation. Keywords: Quantum Deutsch's algorithm, Quantum error models, IBM Quantum Experience
This paper demonstrates the use of entanglement resources in quantum speedup by presenting an algorithm which is the generalization of an algorithm proposed by Goswami and Panigrahi [arXiv:1706.09489 (2017)]. We generalize the algorithm and show that it provides deterministic solutions having an advantage over classical algorithm. The algorithm answers the question of whether a given function is constant or balanced and whether two functions are equal or unequal. Finally, we experimentally verify the algorithm by using IBM's five-qubit quantum computer with a high fidelity.
Nonlocality improves Deutsch algorithm
最近，[{arXiv：0810.3134}]被接受并发表。我们表明，贝尔不等式导致一种新型的线性光学Deutsch算法。我们已经考虑使用纠缠光子对来同时确定两个未知函数。通常的Deutsch算法确定一个未知函数，并且在量子计算机而不是经典计算机上的特定计算中表现出二比一的速度。我们发现量子理论的希尔伯特空间形式主义中Bell定域性的破坏预示着计算两个未知函数的{ \it概率} Deutsch算法至少表现出$2\sqrt{2}(\simeq 2.83)$到1的加速。
We report an experimental demonstration of quantum Deutsch's algorithm by using linear-optical system. By employing photon's polarization and spatial modes, we implement all balanced and constant functions for quantum computer. The experimental system is very stable and the experimental data are excellent in accordance with the theoretical results.
Using the Deutsch-Jozsa algorithm, we will develop a method for solving a class of problems in which we need to determine parts of an array and then apply a specified function to each independent part. Since present quantum computers are not robust enough for code writing and execution, we will build a model of a vector quantum computer that implements the Deutsch-Jozsa algorithm from a machine language view using the APL2 programming language. The core of the method is an operator (DJBOX) which allows evaluation of an arbitrary function f by the Deutsch-Jozsa algorithm. Two key functions of t…
Solution of the Deutsch-Josza Problem by NMR Ensemble Computing without Sensitivity Scaling
基于伪纯自旋态的Deutsch-Josza量子算法的实验NMR实现表现出与量子位数的指数灵敏度缩放。通过在自旋Liouville空间中采用真正的混合自旋态，其中具有不同核自旋构型的分子代表不同的输入态，Deutsch-Josza问题可以通过单函数计算来解决，而不会伴随着位数的增加而损失灵敏度。
Nuclear magnetic resonance (NMR) has been widely used as a demonstrative medium for showcasing the ability for quantum computations to outperform classical ones. A large number of such experiments performed have been implementations of the Deutsch-Jozsa algorithm. It is known, however, that in some cases the Deutsch-Jozsa problem can be solved classically using as many queries to the black-box as in the quantum solution. In this paper we describe experiments in which we take the contrasting approach of using NMR as a classical computing medium, treating the nuclear spin vectors classically and…
Schemes of implementation in NMR of quantum processors and Deutsch-Jozsa algorithm by using virtual spin representation
在虚自旋表象下，给出了量子计算机中两个主要量子比特处理器的实验实现方案和Deutsch-Jozsa算法。结果适用于每四个量子态，如果使用量子比特编码虚拟自旋表示，则允许量子处理器实现所需的属性。本文详细地讨论了核自旋为3/2的四维希尔伯特空间
Universality and programmability of quantum computers
Manin、Feynman和Deutsch将量子计算视为一种通用的物理模拟过程。许多关于量子逻辑电路和量子图灵机的文章已经展示了这些机器如何在有限数量的量子比特上模拟任意的幺正变换。普遍性问题在多伊奇的一篇论文中得到了最著名的论述，后来伯恩斯坦和瓦齐拉尼以及基塔耶夫和索洛瓦伊也提出了这一问题。量子逻辑电路模型，由费曼和多伊奇开发，在研究文献中比多伊奇的量子图灵机更突出。量子图灵机形成了一个与确定性和概率图灵机密切相关的类别，人们可能希望在这个类别中找到一个通用机器。通用机器是可编程性概念的基础。在何种程度上的普遍性，事实上已经建立了该领域的先驱检查，这一关键概念在理论计算机科学的审查在量子计算通过区分各种内涵和伴随的结果和问题。
Deutsch-Jozsa algorithm for continuous variables
我们提出了一个理想化的量子连续变量模拟的Deutsch-Jozsa算法，可以实现在一个完美的连续变量量子计算机。使用傅立叶变换和异或门适合于连续光谱，我们表明，在理想的操作下，无限的精度，有一个无限的减少在这个计划中的查询调用的数量。
Deutsch's algorithm is the simplest quantum algorithm which shows the acceleration of quantum computer. In this paper, we theoretically advance a scheme to implement quantum Deutsch's algorithm in spin-orbital angular momentum space. Our scheme exploits a newly developed optical device called "q-plate", which can couple and manipulate the spin-orbital angular momentum simultaneously. This experimental setup is of high stability and efficiency theoretically for there is no interferometer in it.
A long-standing aim of quantum information research is to understand what gives quantum computers their advantage. This requires separating problems that need genuinely quantum resources from those for which classical resources are enough. Two examples of quantum speed-up are the Deutsch-Jozsa and Simon's problem, both efficiently solvable on a quantum Turing machine, and both believed to lack efficient classical solutions. Here we present a framework that can simulate both quantum algorithms efficiently, solving the Deutsch-Jozsa problem with probability 1 using only one oracle query, and Sim…
Scaling issues in ensemble implementations of the Deutsch-Jozsa algorithm
我们讨论了合奏版本的Deutsch-Jozsa（DJ）算法，试图提供一个“可扩展的”实现的期望值NMR量子计算机。我们表明，这种合奏实现的DJ算法是最好的经典随机算法一样有效。一旦试图确定地对所有可能的功能进行分类，实现这一目标就需要大量的分子。这种差异是由对混合态密度矩阵的解释引起的。
Rapid solution of problems by nuclear-magnetic-resonance quantum computation
我们提出了一种改进的方法，使用核磁共振量子计算机（NMRQC）解决Deutsch-Jozsa问题。NMRQC的应用的两个已知障碍是密度矩阵元素随着比特数的指数减小，威胁弱信号电平，以及准备合适的起始状态的高成本。第三个障碍是迄今为止未注意到的对可供NMRQC使用的测量操作员的限制。介绍了Deutsch-Jozsa问题的函数类的变化，既扩展了有利于量子计算的问题范围，又避免了使用NMRQC的所有三个障碍。通过将其适应于这样的函数类，Deutsch-Jozsa问题可以在没有信号指数损失的情况下求解。该方法涉及一个额外的工作位和一个多项式更多涉及的甲骨文，它使用的热平衡密度矩阵系统的任意数量的自旋，从而避免了准备的伪纯状态和时间平均。
Implementing quantum logic operations, pseudo-pure states and the Deutsch-Jozsa algorithm using non-commuting selective pulses in NMR
我们实验证明了选择性脉冲在核磁共振进行量子计算的有用性。已经提出了三种基于选择性脉冲激发的不同技术来制备处于赝纯态的自旋系统。我们描述了新的“portmanteau”门的设计使用水平人口的选择性操纵。给出了Deutsch-Jozsa算法在两量子比特和三量子比特量子计算机上的选择脉冲实现。
Quantum entanglement in the NMR implementation of the Deutsch-Jozsa algorithm
在NMR量子计算机上实现了一个使用n个量子位执行n位Deutsch-Jozsa（D-J）算法的方案，最多可执行3个量子位。对于一位和两位Deutsch问题，量子位不会纠缠，因此NMR实现不使用自旋-自旋相互作用。对于三比特的情况，纠缠态的操纵变得至关重要。NMR自旋系统中通过标量J耦合的相互作用已被用来实现三位D-J算法所需的纠缠变换。
Quantum Algorithms in IBMQ Experience: Deutsch-Jozsa algorithm
本文以教学视角介绍IBM最新版量子计算机的基础要素与工具，详细阐述Deutsch-Jozsa算法的原理、相对经典算法的效率优势，及该算法在4量子比特系统上的实验实现，为相关教学研究铺路。
NMR experimental realization of seventh-order coupling transformations and the seven-qubit modified Deutsch-Jozsa algorithm
提出了一种基于n阶耦合算符的可扩展方法，在n量子比特改进的Deutsch-Jozsa（D-J）量子算法中构造f依赖的相变.新的n比特纠缠变换很容易通过相邻自旋之间的J耦合实现。然后用液态核磁共振（NMR）技术对七量子比特改进的D-J量子算法和七阶耦合变换进行了实验验证。该方法为在n-qubit NMR量子计算机上产生一般的n量子比特纠缠态和模拟n体相互作用提供了可能。
Adiabatic Quantum Computation and Deutsch's Algorithm
我们表明，通过适当选择一个含时的哈密顿量，Deutsch的算法可以实现的绝热量子计算机。我们扩展我们的分析Deutsch-Jozsa问题，并估计所需的运行时间为全球和当地的绝热演化。
Fault-Tolerant Implementation of the Deutsch-Jozsa Algorithm
该研究利用$[[4,2,2]]$码在离子阱量子计算机上实现了Deutsch-Jozsa算法的容错版本，无需辅助比特，实验表明对所有预言机噪声平均降低近90%。
Deutsch's Universal Quantum Turing Machine (Revisited)
Deutsch、Feynman和Manin将量子计算视为一种通用物理模拟过程。许多关于量子图灵机的文章已经展示了这些机器如何在有限数量的量子比特上模拟任意的幺正变换。这个有趣的问题在Deutsch的一篇论文中得到了最著名的讨论，后来由Bernstein和Vazirani提出。量子图灵机形成了一个与确定性和概率图灵机密切相关的类别，人们可能希望在这个类别中找到一个通用机器。通用机器是可编程性概念的基础。在何种程度上的普遍性，实际上已经建立了该领域的先驱检查和一个关键的概念，在理论计算机科学（普遍性）进行审查。在即将发表的论文中，作者还将考虑量子门模型中的普适性。
Implementation of the Deutsch-Jozsa algorithm with Josephson charge qubits
本文研究了在约瑟夫森电荷量子比特系统中实现Deutsch-Jozsa算法的简单固态量子计算机的实现。从一个程序开始执行一个量子位的Deutsch-Jozsa算法，我们展示了如何N量子位版本的伯恩斯坦-Vazirani算法可以实现。为了实现三量子比特的Deutsch-Jozsa算法，我们详细研究了一种允许产生纠缠态的设置。
It is presently shown that the Deutsch-Jozsa algorithm is connected to the concept of bent function. Particularly, it is noticeable that the quantum circuit used to denote the well known quantum algorithm is by itself the quantum computer which performs the Walsh transform of a Boolean function. Consequently, the output from Deutsch-Jozsa algorithm, when the hidden function is bent, corresponds to a flat spectrum of quantum states.
Design of a large-scale quantum computer has paramount importance for science and technologies. We investigate a scheme for realization of quantum algorithms using noncomposite quantum systems, i.e., systems without subsystems. In this framework, $n$ artificially allocated "subsystems" play a role of qubits in $n$-qubits quantum algorithms. With focus on two-qubit quantum algorithms, we demonstrate a realization of the universal set of gates using a $d=5$ single qudit state. Manipulation for an ancillary level in the systems allows effective implementation of operators from ${\rm U}(4)$ group …
Quantum Computer Emulator
我们描述了一个通用的量子计算机的量子计算机仿真器。该仿真器由量子计算机物理实现的仿真器和用于编程和控制仿真器的图形用户界面组成。我们通过Deutsch-Jozsa和Grover的数据库搜索算法的各种实现来说明量子计算机仿真器的使用。
Signatures of quantum noise in the operation of Deutsch's algorithm
本文研究了量子噪声如何影响德鲁特算法的运行，通过对比量子和经典方法，发现多次运行算法会导致不同的退相干效应，并展示了IBM量子处理器和NV中心自旋量子比特的结果。
ROM-based quantum computation: Experimental explorations using Nuclear Magnetic Resonance, and future prospects
基于ROM的量子计算（QC）是基于Oracle的QC的替代方案。它的优点是不那么“神奇”，更适合实现空间有效的计算（即使用最少数量的可写量子位进行计算）。在这里，我们考虑了一些小的（一个和两个量子比特）量子算法，说明了基于ROM的QC的不同方面。它们是：（a）解决Deutsch问题的单量子位算法;（b）单量子位二进制乘法算法;（c）双量子位控制的二进制乘法算法;以及（d）Deutsch-Jozsa算法的基于双量子位ROM的版本。对于每个算法，我们提出了实验验证使用NMR系综QC。对于单量子位算法，实现的平均有序度在0.9 - 0.97的范围内，对于双量子位算法，在0.84 - 0.94的范围内。最后，我们讨论了基于ROM的量子计算的未来前景。我们提出了一个四量子位算法，使用Grover的算法，解决一个微型的“现实世界”的问题，在网络中的路径长度。
Remarks on Universal Quantum Computer
根据Deutsch的说法，通用量子图灵机（UQTM）能够在整个系统上重复固定的幺正变换时，通过包括程序作为输入状态的另一部分，对任意数据状态执行任意幺正变换。我们注意到，如果这样的UQTM真的存在，程序状态依赖于数据状态，并且如果规定的停止方案确实有效，那么停止量子位和其他量子位之间就不会有纠缠，正如迈尔斯所指出的那样。然而，如果要求程序独立于数据，则会出现相关的纠缠，并且无论是否监视停止量子位都是有问题的。我们还注意到，对于确定性可编程量子门阵列，如Nielson和Chuang所讨论的，如果允许程序依赖于数据状态，那么它的存在并没有被排除。另一方面，如果UQTM存在，则可以通过重复固定门阵列的操作来模拟。然而，更重要的是，我们观察到，它实际上仍然是开放的Deutsch的UQTM是否存在，以及是否一个关键的级联方案，其中停止方案是一个特殊的情况，是有效的。
Quantum Nondemolition Monitoring of Universal Quantum Computers
量子图灵机的停机方案，最初提出的Deutsch，被重新精确地表达，并被证明是工作，而不破坏计算。迈尔斯最近在通用量子计算机的定义中指出的“冲突”只是显而易见的。在量子非破坏（QND）测量的背景下，它也表明，输出观察，一个可观察的计算的输出，是一个QND可观察的和暂停方案是等效的QND监测的输出观察。
A Simple Quantum Computer
我们提出了一个量子计算机的实现来解决Deutsch的问题，这需要在经典计算机上的指数时间，但只有线性时间与量子并行。通过使用双轨量子比特表示作为一种简单的纠错形式，我们的机器可以容忍一定量的退相干，并且仍然以很高的概率给出正确的结果。我们采用的设计也展示了量子并行性的签名，它明确地描绘了所需的量子行为，从仅仅是经典的。使用量子光学元件对我们的建议进行实验演示，需要开发单光子学的几个关键技术。
One-way quantum computing is an important and novel approach to quantum computation. By exploiting the existing particle-particle interactions, we report the first experimental realization of the complete process of deterministic one-way quantum Deutsch-Josza algorithm in NMR, including graph state preparation, single-qubit measurements and feed-forward corrections. The findings in our experiment may shed light on the future scalable one-way quantum computation.
Effects of Loss and Decoherence on a Simple Quantum Computer
我们研究了损耗（振幅阻尼）和退相干（相位阻尼）对一个简单的量子计算机的性能的影响，它解决了一位Deutsch问题。这台机器的组成部分是分束器和非线性光学克尔盒，但误差主要来自后者。我们开发的模型来描述这些错误对量子光学Fredkin门的影响。结果被用来分析在一个完整的量子计算机可能的纠错策略。我们发现，由于损失的错误可以完全避免适当的设计技术，而退相干可以部分处理使用投影误差校正。
The sum-over-histories formulation of quantum computing
自Deutsch（1985）以来，量子计算机一直只使用状态矢量和薛定谔方程的语言建模。我们提出了一个互补的观点，量子电路的启发路径积分形式主义的量子力学，并检查其应用到一些简单的教科书问题。
We present a novel use case for quantum computation: the sensitivity analysis for a risk model used at Deutsche Börse Group. Such an analysis is computationally too expensive to perform on classical computers. We show in detail how the risk model and its analysis can be implemented as a quantum circuit. We test small scale versions of the model in simulation and find that the expected quadratic speedup compared to the classical implementation used at Deutsche Börse Group can be realized. Full scale production usage would be possible with less than 200 error corrected qubits. Our quantum algori…
Implementation of NMR quantum computation with para-hydrogen derived high purity quantum states
我们展示了第一个实施的量子算法的液态核磁共振（NMR）量子计算机使用几乎纯态。这是使用两个量子比特设备实现的，其中初始状态是由涉及仲氢的化学反应产生的一对1H核的几乎纯的单线态核自旋状态。我们已经实现了Deutsch的算法，用于通过单个查询区分常数和平衡函数。
We study a simple-harmonic-oscillator quantum computer solving oracle decision problems. We show that such computers can perform better by using nonorthogonal Gaussian wave functions rather than orthogonal top-hat wave functions as input to the information encoding process. Using the Deutsch-Jozsa problem as an example, we demonstrate that Gaussian modulation with optimized width parameter results in a lower error rate than for the top-hat encoding. We conclude that Gaussian modulation can allow for an improved trade-off between encoding, processing and measurement of the information.
In May 2016 IBM released access to its 5-qubit quantum computer to the scientific community, its "IBM Quantum Experience" since acquiring over 25,000 users from students, educators and researchers around the globe. In the short time since the "IBM Quantum Experience" became available, a flurry of research results on 5-qubit systems have been published derived from the platform hardware. Quintuple is an open-source object-oriented Python module implementing the simulation of the "IBM Quantum Experience" hardware. Quintuple quantum algorithms can be programmed and run via a custom language fully…
The use of superposition of states in quantum computation, known as quantum parallelism, has significant advantage in terms of speed over the classical computation. It can be understood from the early invented quantum algorithms such as Deutsch's algorithm, Deutsch-Jozsa algorithm and its variation as Bernstein-Vazirani algorithm, Simon algorithm, Shor's algorithms etc. Quantum parallelism also significantly speeds up the database search algorithm, which is important in computer science because it comes as a subroutine in many important algorithms. Quantum database search of Grover achieves th…
Thermal Equilibrium as an Initial State for Quantum Computation by NMR
我们提出了一种使用核磁共振计算机来解决Deutsch-Jozsa问题的方法，其中：（1）NMR样品中的分子数量与NMR量子计算机可用的量子比特数量无关，以及（2）初始状态被选择为热平衡状态，从而避免了伪纯态的制备以及随着量子比特数量的增加而导致的信号的指数损失。该算法的描述，以及其实验实施使用四个活跃的量子位。正如预期的那样，测得的光谱显示出常数和平衡函数之间的明显区别。
Experimental implementation of local adiabatic evolution algorithms by an NMR quantum information processor
量子绝热算法是通过演化缓变哈密顿量的基态来求解计算问题的一种方法。该技术利用缓慢变化的哈密顿量的基态的演化来达到所需的输出状态。在某些情况下，例如Grover搜索算法和Deutsch-Jozsa算法的绝热版本，应用全局绝热演化产生类似于其经典算法的复杂度。然而，使用局部绝热演化，J. Roland和N. J. Cerf for Grover's search [ Phys. Rev. A. { \bf 65} 042308（2002）]和Saurya Das、Randy Kobes和Gabor Kunstatter的Deutsch-Jozsa算法[Phys.Rev.A. { \bf 65}，062301（2002）]，产生$\sqrt{N}$阶的复杂度（其中N=2 $^{\rm n}$，n是量子位的数目）。本文报道了利用核磁共振在双量子位量子信息处理器上实现这些局域绝热演化算法的实验结果。
One-way quantum computing is a promising candidate for fault-tolerant quantum computing. Here, we propose new protocols to realize a deterministic one-way CNOT gate and one-way $X$-rotations on quantum-computing platforms. By applying a delayed-choice scheme, we overcome a limit of most currently available quantum computers, which are unable to implement further operations on measured qubits or operations conditioned on measurement results from other qubits. Moreover, we decrease the error rate of the one-way logic gates, compared to the original protocol using local operations and classical c…
Quantum computers, besides offering substantial computational speedups, are also expected to provide the possibility of preserving the privacy of a computation. Here we show the first such experimental demonstration of blind quantum computation where the input, computation, and output all remain unknown to the computer. We exploit the conceptual framework of measurement-based quantum computation that enables a client to delegate a computation to a quantum server. We demonstrate various blind delegated computations, including one- and two-qubit gates and the Deutsch and Grover algorithms. Remar…
Basics of Quantum Computation
量子计算机需要量子逻辑，这与经典的布尔逻辑有着根本的不同。这种差异导致量子计算的效率高于经典计算。在这篇综述中，我们解释了量子计算的基本原理，包括基本门和网络的构建。我们说明了权力的量子算法使用简单的问题的Deutsch，并解释，再次在非常简单的条款，众所周知的算法肖尔因式分解的大量素数。然后，我们描述了量子计算机的物理实现，特别关注一个，线性离子阱实现。我们解释说，建立一个实际的量子计算机的主要障碍是退相干的问题，我们表明，可以绕过使用量子纠错的方法。
Geometric quantum computation using fictitious spin- 1/2 subspaces of strongly dipolar coupled nuclear spins
几何相位已被用于NMR中，以实现用于量子信息处理的受控相移门，仅在弱耦合系统中，其中各个自旋可以被识别为量子比特。在这项工作中，我们实现了强耦合系统中的控制相移门，通过使用非绝热几何相位，通过发展虚构的自旋1/2子空间的磁化，在封闭的循环布洛赫球。通过自旋回波脉冲序列和通过设置跃迁选择脉冲的延迟来重新聚焦在子空间的演化期间累积的动力学相位，使得在均质耦合下的演化产生完整的$2π$旋转。本文用单跃迁算符对核磁共振中的非绝热几何相位作了详细的理论解释。在液晶介质中定向分子得到的各种强偶极耦合系统中实现了受控相移门、双量子比特Deutsch-Jozsa算法和量子比特-量子比特系统中的奇偶校验算法。
Use of non-adiabatic geometric phase for quantum computing by nuclear magnetic resonance
几何相位在科学的许多领域都有潜在的应用，这激发了人们的研究兴趣。其中之一就是容错量子计算。量子计算的先决条件是通过量子比特的受控动力学实现受控逻辑门。在受控动力学中，一个量子比特经历相干演化并获得适当的相位，这取决于其他量子比特的状态。如果演化是几何的，则所获取的相位仅取决于所执行的路径的几何形状，并且对于某些类型的错误是鲁棒的。这种现象导致了固有的容错量子计算。在这里，我们提出了一种技术，使用非绝热几何相位的量子计算，使用选择性激发。在一个双量子比特系统中，我们选择性地演化出一个合适的子系统，其中控制量子比特处于态|1>，通过闭合电路。通过这种演变，目标量子位获得由控制量子位的状态控制的相位。使用这些几何相位门，我们演示了Deutsch-Jozsa算法和Grover的搜索算法在两个量子比特系统中的实现。
Implementation of a Quantum Search Algorithm on a Nuclear Magnetic Resonance Quantum Computer
我们展示了一个基于胞嘧啶的双量子比特NMR量子计算机上的量子搜索算法的实现。
Use of Quadrupolar Nuclei for Quantum Information processing by Nuclear Magnetic Resonance: Implementation of a Quantum Algorithm
量子信息处理（QIP）的物理实现是通过液态核磁共振（NMR），使用分子的弱耦合自旋-1/2核，已经得到很好的建立。在液晶基质中取向的自旋为$>$ 1/2的核是另一种可能性。这样的系统每个原子核有多个量子比特，并且具有大的四极耦合，从而在光谱中产生分离良好的谱线。到目前为止，伪纯态和逻辑门的创建已被证明在这样的系统中使用过渡选择性射频脉冲。在本文中，我们报告了两个新的发展。首先，我们实现了一个需要相干叠加态的量子算法。第二，我们利用四极耦合下的演化来实现多量子比特门。我们在自旋为3/2（2量子比特）的系统上实现了Deutsch-Jozsa算法。实现该算法所需的受控非操作已经在这里通过四极哈密顿量下的进化来实现。该方法已首次在四极系统中实现。由于四极耦合比弱耦合自旋1/2核中的耦合大几个数量级，因此门时间减少，增加了量子计算机的时钟速度。
Quantum computers can solve certain problems more efficiently than any possible conventional computer. Small quantum algorithms have been demonstrated on multiple quantum computing platforms, many specifically tailored in hardware to implement a particular algorithm or execute a limited number of computational paths. Here, we demonstrate a five-qubit trapped-ion quantum computer that can be programmed in software to implement arbitrary quantum algorithms by executing any sequence of universal quantum logic gates. We compile algorithms into a fully-connected set of gate operations that are nati…
Solid-State Nuclear Spin Quantum Computer Based on Magnetic Resonance Force Microscopy
提出了一种基于磁共振力显微镜的核自旋量子计算机。结果表明，MRFM单电子自旋测量提供了三个基本要求的量子计算在固体中：（a）准备的基态，（b）一个和两个量子比特的量子逻辑门，（c）的最终状态的测量。拟议中的量子计算机可以在高达1K的温度下运行。
By removing a $^{12}C$ atom from the tetrahedral configuration of the diamond, replace it by a $^{13}C$ atom, and repeating this in a linear direction, it is possible to have a linear chain of nuclear spins one half and to build a solid state quantum computer. One qubit rotation and controlled-not (CNOT) quantum gates are obtained immediately from this configuration, and CNOT quantum gate is used to determined the design parameters of this quantum computer.
A Quantum Full Adder for a Scalable Nuclear Spin Quantum Computer
我们提出了一种在自旋链量子计算机中实现量子全加器的策略。作为一个例子，我们模拟了一个包含201个自旋的链中的量子全加器。我们的模拟还演示了如何最大限度地减少非谐振效应产生的误差。
Parallelism of quantum computations from prequantum classical statistical field theory (PCSFT)
本文研究了量子计算的一个基本问题--量子并行性。众所周知，量子并行性是量子计算机能够执行经典计算机在指数时间内执行的多项式时间计算的基础。因此，更好地理解量子并行性对理论和应用研究都很重要，参见。例如David Deutsch \cite{DD}。我们提出了一个现实的解释最近发展的前量子经典统计场论（PCSFT）的基础上。在量子力学的PCSFT方法中，量子态（混合态和纯态）是经典场的特殊系综的标记。因此，例如，单个（！）“纯态电子”$ψ$可以用一个特殊的“电子随机场”来识别，比如说$Φ_ψ(ϕ).$量子计算机就用这样的随机场来运行。通过例如布尔函数$f(x_1,...,x_n)$的一个计算步骤，初始随机场$Φ_{ψ_0}(ϕ)$被转换成最终随机场$Φ_{ψ_f}(ϕ)$ "包含$f.$的所有值“。这是量子计算机能够快速处理大量信息--实际上是经典随机场--的目标。
We discuss how to simulate simple quantum logic operations with a large number of qubits. These simulations are needed for experimental testing of scalable solid-state quantum computers. Quantum logic for remote qubits is simulated in a spin chain. Analytical estimates are presented for possible correlated errors caused by non-resonant transitions. A range of parameters is given in which non-resonant effects can be minimized.
A model for ensemble NMR quantum computer using antiferromagnetic structure
本文考虑了在反铁磁结构中，由于核自旋与电子磁矩的超精细相互作用而形成的一维同素周期核自旋阵列I = 1/2.这种阵列中的相邻核自旋是相反取向的，并且具有由超精细相互作用常数、施加的磁场值以及与左和右核相邻自旋的相互作用确定的共振频率。当相邻自旋具有不同和相同的状态时，核自旋的共振频率差被用于通过针对单个核自旋和具有相同共振频率的核自旋系综的选择性共振RF脉冲来控制自旋动力学。本文提出了一种基于一维同素周期自旋阵列的细胞自动机型核磁共振量子计算机模型。这个模型可以推广到一个大的并行工作的一维阵列和二维和三维结构的合奏。
Simulation of Grover's quantum search algorithm in a Ising nuclear spin chain quantum computer with first and second nearest neighbour couplings
我们实现Grover的量子搜索算法的核自旋链量子计算机上，考虑到伊辛型最近和第二最近的邻居之间的相互作用。该算法的实现的性能进行了研究，通过数值模拟与四个自旋。我们在算法过程中确定保真度的时间行为，并计算最终保真度作为拉比频率的函数。对于后者，我们在满足（2πk）方法关于第二近邻相互作用的条件的频率处获得了明显的最大值。
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