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  • 利用数值分析的方法,研究了两运动原子依次通过微腔时两原子量子关联,讨论了两原子的初始态,腔场光子原子的运动对纠缠和量子失协的影响以及纠缠与量子失协的比较。结果表明:初始态可以改变纠缠和量子失谐的...
  • 另外,它也成为了原子钟、陀螺仪、量子物质系统[2]和高级研究系统[3]中,不可或缺的重要组成部分。   Quantum Core™技术 ColdQuanta的Quantum Core™技术,将超冷原子冷却到接近绝对零度,并使用激光以

    美国当地时间11月11日,量子公司ColdQuanta展示了他们的量子内核(Quantum Core™)的量子计算机技术。

    其量子核心技术独具一格,可以用作涵盖计算、全球定位、信号处理和通信的各种量子系统的基础。如今,美国宇航局国际空间站的冷原子实验室采用了这项技术。

    另外,它也成为了原子钟、陀螺仪、量子物质系统[2]和高级研究系统[3]中,不可或缺的重要组成部分。

     

    Quantum Core™技术

    ColdQuanta的Quantum Core™技术,将超冷原子冷却到接近绝对零度,并使用激光以极高的精度来操纵和控制原子。

    ColdQuanta使用其Quantum Core平台制造组件、仪器和系统,应用范围十分广泛,从计时、导航到量子计算,从射频接收器到量子通信系统。

    Quantum Core的功能对于正在开发的突破性量子应用也至关重要,比如实时量子系统(量子全球定位系统和量子信号处理),以及高扩展度的量子计算机。
     
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    图1|Quantum Core™技术(来源:ColdQuanta)

     

    一步对,步步对

    ColdQuanta在开发用于量子计算平台的技术时,结合了其渊博的专业知识和丰富的量子产品及系统经验。

    今年四月,美国国防部高级研究计划局(DARPA)选择了ColdQuanta公司[4],来开发基于冷原子的可扩展量子计算硬件/软件平台,该平台可以演示在解决实际问题上的量子优势。

    十月,用户可以云访问ColdQuanta的量子物质系统[5],该系统提供了生成、操纵并试验超冷物质的功能。

     

    “火”爆的“冷”量子团队

    ColdQuanta的领导团队一直在积极建设新兴的量子产业。

    首席执行官Bo Ewald曾担任D-Wave国际公司的总裁,是量子产业联盟的早期成员,目前正在领导IEEE量子术语和性能/角色塑造标准化工作。

    创始人兼首席技术官Dana Anderson担任量子经济发展联盟(QED-C)的指导委员会成员,该委员会是在美国国家标准技术研究院(NIST)的支持下成立的,是美国政府推进量子信息科学战略的一部分。

    首席执行官Bo Ewald表示,ColdQuanta已成功开发并部署了多种量子系统,全部基于其Quantum Core平台。这意味着冷原子量子计算所需的大部分技术已经得到了客户的验证,这让他们在交付量子计算机的竞赛中获得了巨大的优势。
     
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    图2|ColdQuanta团队(来源:cnBeta)

    研究公司Hyperion Research的量子计算首席分析师Bob Sorensen表示:“ColdQuanta对冷原子量子计算的使用,为离散量子比特性能、动态可重新配置的互连方案、以及每个量子处理器中量子比特数量的潜在扩展能力,提供了一系列新的可能性。

    ColdQuanta致力于发展长期路线图,提供全栈量子计算解决方案。且公司基本确保了其硬件易于为广大潜在用户访问和编程,下一个关键步骤是演示冷原子,以解决现实事例,这有助于将这项技术推向量子计算硬件选择领域的最前沿。”
     

    冷原子计算

    ColdQuanta的量子计算机围绕一个独特的玻璃单元构建,该玻璃单元保持真空状态,内置一个棋盘式的铯原子阵列,每个铯原子都充当一个独立的量子比特。

    激光和其他光子技术将原子冷却到比绝对零度高出百万分之一度的原子,然后初始化量子比特并编排计算,而量子比特阵列的最终状态需要拍摄并记录分析下来。
     
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    图3|试验台样张(来源:ColdQuanta)

    在过去的几年中,早期的量子计算机使用了不同的方法来处理超导电路、离子阱、光子和其他用作量子比特的材料。尽管每种方法各有千秋,但ColdQuanta的方法比其他措施更具优势:

    1. 量子比特都是同一元素的量子,且完全相同,这样就不存在制造方面的缺陷;
    2. 量子比特被冷却到比绝对零度高出百万分之一度,这相对于其他技术,温度要低得多。在较低的温度下,量子效应通常运作得更好,持续的时间更长,这就允许运算更大、更复杂的计算;
    3. 二维冷原子阵列的大小,可以从数十个量子比特扩展到数千个,从而进行更大的计算来解决实际问题。美国国防部高级研究计划局(DARPA)的ONISQ项目(含噪的中等规模量子器件优化项目)授予了ColdQuanta,该项目要求演示运行美国国防部应用程序系统,此系统具有1000多个量子比特;
    4. “门“可以使距离很远的量子比特发生纠缠,允许在同一个量子比特阵列上有更大的逻辑线路。这就可以在一定时间内得到更高级的量子比特连接,从而完成更多计算工作;
    5. 先进的真空电池技术消除了对低温的需求;
    6. 该计算平台是可动态重新配置的,从而缩短了开发周期,提高了系统改进速度。

    当地时间11月23日上午11点,ColdQuanta的首席执行官Bo Ewald和量子应用总监Denny Dahl,将主持一场网络研讨会,主要讨论冷原子量子计算,感兴趣的小伙伴可以点击文章下方的相关链接进行注册。
     
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    图4|注册界面(来源:zoom)

     

    参考链接:

    [1]https://coldquanta.com/news/coldquanta-previews-its-cold-atom-quantum-computer-technology/

    [2]https://www.coldquanta.com/albertcloud/

    [3]https://www.coldquanta.com/standard-products/

    [4]https://www.coldquanta.com/news/coldquanta-awarded-contract-of-up-to-7-4m-from-darpa-to-accelerate-development-of-scalable-cold-atom-quantum-computers/

    [5]https://www.coldquanta.com/news/coldquanta-announces-quantum-matter-on-the-cloud/

    [6]会议注册链接:https://zoom.us/webinar/register/WN_djLkBwt8T3C8kJUDUm6HyA

     

    声明:此文出于传递高质量信息之目的,若来源标注错误或侵权,请作者持权属证明与我们联系,我们将及时更正、删除,所有图片的版权归属所引用组织机构,此处仅引用,原创文章转载需授权。

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  • 原子物理 用四个量子数描述电子的运动状态 n .l s m
  • ColdQuanta团队计划将其量子计算机“Hilbert” (希尔伯特) 构造为世界上最强大的量子计算机之一,该计算机使用具有原子钟稳定性的初始化量子比特,比起其他技术实现方式,可以更好地扩展量子比特数量。 图1|量子...

    当地时间7月7日,成立于2007年的美国量子硬件初创公司ColdQuanta宣布在量子计算机的发展上,取得了一个重要的里程碑。该公司在一个大型且稠密的二维冷原子阵列中,捕获和寻址了100个量子比特[1]。

    ColdQuanta团队计划将其量子计算机“Hilbert” (希尔伯特) 构造为世界上最强大的量子计算机之一,该计算机使用具有原子钟稳定性的初始化量子比特,比起其他技术实现方式,可以更好地扩展量子比特数量。

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    图1|量子计算不同技术路线 (来源:ColdQuanta)

    今天这一里程碑展示了,ColdQuanta公司在解决现实世界中具有商业影响里问题方面的潜力。希尔伯特量子计算机的可扩展性,使该公司在金融服务、物流和制药等与优化问题息息相关的环境中,更快、更高效地解决重要的客户计算问题,并将量子计算通过云交付。

    在测试过程中,这些量子比特数量和连接性都能很好地进行扩展,他们将大型且稠密的二维量子比特阵列困住,并用激光器进行操作。

    希尔伯特量子计算机是ColdQuanta公司的量子信息首席科学家、威斯康辛大学麦迪逊分校的物理学教授Mark Saffman在过去几十年的开创性工作。

    Mark Saffman表示,冷原子是自然界的量子比特,它们的原始特性使其量子态得到控制,并有一条明确的途径可以快速扩展到数千个量子比特。

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    图2|试验台样张 (来源:ColdQuanta)

    ColdQuanta简要发展史

    2020年4月,美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 选择了ColdQuanta公司,来开发基于冷原子的可扩展量子计算硬件/软件平台,该平台可以演示在解决实际问题上的量子优势。

    2020年10月,用户可以云访问ColdQuanta的量子物质系统,该系统提供了生成、操纵并试验超冷物质的功能。

    2020年11月5日,ColdQuanta宣布完成A轮融资,共筹集3200万美元 (约合人民币2.1亿)[2]。

    2020年11月11日,ColdQuanta展示了他们的量子内核 (Quantum Core™) 的量子计算机技术,该技术可以用作涵盖计算、全球定位、信号处理和通信的各种量子系统的基础[3]。

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    图3|ColdQuanta技术 (来源:ColdQuanta)

    2021年5月12日,ColdQuanta再次宣布完成2000万美元融资,该笔融资与公司的B轮融资同时进行,使得ColdQuanta的融资总额达到7400万美元[4]。

    2021年5月26日,ColdQuanta宣布与IBM合作,加入IBM量子网络。此外,ColdQuanta还将与IBM的开源量子软件开发工具包Qiskit全面整合[5]。
     

    封面:
    ColdQuanta
     
    引用:
    [1]https://www.globenewswire.com/news-release/2021/07/07/2259086/0/en/ColdQuanta-Reaches-Quantum-Computer-Milestone-By-Demonstrating-Immense-Scalability-of-Cold-Atom-Processor-Approach.html
    [2]https://www.businesswire.com/news/home/20201105005009/en/ColdQuanta-Raises-32M-in-Series-A-Funding-to-Accelerate-Development-of-Quantum-Systems
    [3]https://www.businesswire.com/news/home/20201111005101/en/ColdQuanta-Previews-its-Cold-Atom-Quantum-Computer-Technology
    [4]https://www.builtincolorado.com/2021/05/12/coldquanta-raises-20m-hiring-boulder
    [5]https://www.dailycamera.com/2021/05/26/coldquanta-joins-ibm-working-group-for-quantum-computing-startups-research/
     

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  • 研究了双两能级原子与少光子叠加态腔场共振相互作用系统中两原子间的量子失协。利用数值计算方法,给出了不同原子间耦合强度情况下量子失协的演化曲线,讨论了该耦合系数对原子量子失协演化的影响。研究发现:随...
  • 结果表明,粒子态光场诱导的原子激光总是反聚束的,相干态光场诱导的原子激光是任意阶相干的,而压缩相干态光场诱导的原子激光总是聚束的。表明用光场诱导产生的原子激光具有与初始光场完全相同的量子相干性质。
  • 一:波函数和原子轨道 薛定谔将经典的光波动方程 修改为薛定谔方程,用于描述电子的运动...求解可能会得到多个解其中有相当一部分解不具有合理性,所以要对薛定谔方程进行条件限制,所以引入(N,L,M)这三个量子数。 三个

    一:波函数和原子轨道

    薛定谔将经典的光波动方程 修改为薛定谔方程,用于描述电子的运动状态
    (不是用数学方法推导出来的,其正确性来自大量的实验)

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    从数学的角度看,该方程为二阶偏微分方程,为近代量子学奠定了理论基础。

    求解该方程是为了得到波函数Ψ(表征核外电子的运动状态,即原子轨道) 和相应的能量,解出来的波函数不是具体的数,而是函数式,每个解代表微观粒子的一种可能运动状态
    比如:
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    求解可能会得到多个解其中有相当一部分解不具有合理性,所以要对薛定谔方程进行条件限制,所以引入(N,L,M)这三个量子数。

    三个注意点:
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    二:四个量子数

    1:主量子数n:
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    由于n只能取得正整数,所以电子的轨道是量子化的。对氢电子其电子能量只决定于主量子数n。
    E=-2.179×10-18J/n2

    2:角量子数:l(副量子数,轨道角动量量子数)

    由光谱实验及理论推导,同一n层内的电子能量还稍有不同,其相同的原子轨道和电子云的形状也不同,即同一n层内还分为若干亚层。用角量子数l来描述电子亚层。
    物理意义:表示原子轨道或电子云的形状
    在这里插入图片描述
    处于s,p,d,f亚层的电子分别称为s电子,p电子,d电子,f电子。

    注意点:在这里插入图片描述
    3:磁量子数m,不决定能量,只决定轨道的空间取向。

    反映原子轨道和电子云在空间的延展方向。因此m的取值受到副量子数l的限制。
    可从(2l+1)个从-1到+1包括0在内的整数。
    m可取0,±1,±2…±l

    物理意义:决定了原子轨道或者电子云在空间的伸展方向。
    如图所示:
    l=0时,m=0只能是为0
    l=1时,m可以取到三个值,也就是有三种延展方式
    在这里插入图片描述
    我们把能量相同的轨道称为简并轨道。

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    4:以上三个量子数:
    1:表明了轨道的大小,轨道能量的高低。
    2:轨道的形状
    3:轨道在空间分布的取向。

    利用三个量子数就可以讲一个原子轨道描述出来。

    5:自旋量子数,ms
    电子自旋的两种可能的自旋状态:+1/2,-1/2在这里插入图片描述

    综上所述:

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    6:电子层:
    电子层就是原子核外的所有轨道

    题目:
    在这里插入图片描述

    第一题:n>l>=m
    第二题:n,l决定能量高低(可以通过n+0.7l进行比较)
    第三题:n=2:是四个轨道,有三个轨道是三重兼并。

    三;多电子的核外电子排布

    1:多电子原子的能级
    电子不仅受到核的吸引,电子与电子之间存在相互的排斥作用。多电子原子中的能量不仅受到主量子数n的影响还收到角量子数l的影响。

    能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。

    多电子原子轨道近似图:
    在这里插入图片描述
    多电子原子轨道的三条规律:
    (1):当角量子数相同时,主量子数越大,能量越大
    (2):当主量子数n相同时,角量子数不同时,轨道产生能级分裂。
    (3):同一原子,当n,l都不同时可能会产生能级交错(比较用n+0.7l)

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
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    2;核外电子排布的原则。
    第一:能量最低原理:
    系统的能量越小,稳定性越大,所以基态核外电子的排布优先占据能量最低的轨道。
    第二:泡利不相容原理:
    在同一原子中不存在四个量子数全部相同的电子,每个电子轨道可以容纳两个电子。

    因此可得:在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    第三:洪特规则
    电子在能量相同的轨道上(兼并轨道)将尽可能以自旋量子数分站不同的轨道。
    根据鸿特规则,电子成单分步在等价轨道中,有利于体系能量降低。亚层轨道全空全满或者半满时能量更低,因此更稳定。

    3:原子的核外电子排布式与原子构型
    (1)
    用主量子数n的数值和角量子数的符号并在亚层右上角标出亚层电子数的电子排布式称为电子构型,也叫电子组态、电子结构式、电子排布式。
    比如氧原子。再根据之前所说的洪特规则做出图示。
    在这里插入图片描述
    (2):
    基态原子中的电子排布,按照能量由低到高进行排序,先排能量低的,再排能量高的

    3d层的能量比4s层的高,所以先排4s层的,排满之后在排3d层(根据洪特规则也有例外)
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    外层电子构型就是电子构型后面没排满的亚层。
    比如上图的Na,外层电子构型就是3s1

    几个注意点:
    1:根据洪特规则,轨道空,轨道全满或者轨道半满时能量最低,有些元素原子的外层电子排布也有例外。
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    2:通常没有必要写出完整的电子构型,只写出外层电子分布式
    在这里插入图片描述
    3:原子失去电子是从最外层轨道开始的。电子填充是从能量最低开始的,而这不是逆过程。

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  • 讨论了双模量子环型微腔中二能级原子与腔场相互作用的动力学问题, 分析了量子微腔的双模腔场和原子质心交换动量的过程。 通过控制双模光场的光子, 得到了原子质心运动可同时吸收或发射多个光子的结论。 从而可以...
  • 量子属于原子吗With the advent of Star Wars movie series, we all have started believing that someday, concepts like teleportation, intergalactic travel, etc. will exist. Thinking of teleportation, we ...

    量子属于原子吗

    With the advent of Star Wars movie series, we all have started believing that someday, concepts like teleportation, intergalactic travel, etc. will exist. Thinking of teleportation, we remember that during 1980s, a term coined as Quantum Teleportation became very popular, and people started believing that communication can be made possible faster than speed of light someday. So today, let’s discuss the bits and atoms of one of the most fancy technologies of the 21st century “Quantum Computing” and see how much truth is hidden in such science fiction. If this already sounds interesting, then I bet that by the end of this article, you will become familiar with some of the basic terminologies and concepts of Quantum Computing.

    随着《 星球大战 》( Star Wars)电影系列的问世,我们所有人都开始相信,总有一天,诸如隐形眼镜,星际旅行等概念将会存在。 考虑到隐形传态,我们记得在1980年代创造了一个术语“ 量子隐形传态”,它变得非常流行,人们开始相信有一天通信的实现速度可能比光速还快。 因此,今天让我们讨论21世纪“量子计算”中最花哨的技术之一的细节,看看这种科幻小说中隐藏了多少真相。 如果听起来很有趣,那么我敢打赌,到本文结尾,您将熟悉一些量子计算的基本术语和概念。

    There are a million billion questions in people’s mind, how quantum computing will be beneficial to the world, what shall we get with such a huge investment (yeah building quantum computers are real pain), will it replace classical computers, etc. Google AI Quantum has recently announced that they have demonstrated Quantum Supremacy by completing a task in 200 seconds, which would have taken thousands of years on the most powerful supercomputers in the world today. This was achieved with their most powerful quantum processor, also known as the Sycamore processor, which is comprised of a whooping 54 qubits (“Quantum” bits). So let’s see what quantum computing is, and how do they work.

    在人们的头脑中,有一亿亿个问题,量子计算将如何对世界造福,如此巨大的投资我们将获得什么(是的,建造量子计算机是真正的痛苦),它将取代传统计算机,等等。Google AI Quantum最近宣布他们已经证明了量子至上 在200秒内完成一项任务,而在当今世界上最强大的超级计算机上,这将花费数千年。 这是通过其功能最强大的量子处理器(也称为Sycamore处理器)实现的 处理器由多达54个量子比特(“量子”比特)组成。 因此,让我们看看什么是量子计算以及它们如何工作。

    Image for post
    Silicon chips in a smartphone
    智能手机中的硅芯片

    The key fundamental difference that separates a quantum computer from a classical computer is the way in which information is stored and processed. A classical computer stores information in the form of bits, which can either be 0 or 1. A quantum computer stores information in the form of a qubit. We won’t discuss how physical qubit systems are made in this article, that is beyond our scope right now. But before telling more about qubits, let’s introduce a bit of mathematics.

    将量子计算机与经典计算机区分开来的关键根本区别是信息的存储和处理方式。 经典计算机以位的形式存储信息,可以为0或1。量子计算机以qubit的形式存储信息。 本文不会讨论物理量子位系统的构成方式,这超出了我们的讨论范围。 但是在介绍更多有关量子位之前,让我们先介绍一下数学。

    Paul Dirac introduced us the bra-ket notation, which is an easy way of writing vectors. There are two primary states in quantum mechanics, which are called the state |0> and the state |1>. If you don’t get what this weird “|>” thing is, it is just a way of writing column vectors like this

    保罗·狄拉克(Paul Dirac)向我们介绍了bra-ket表示法,这是一种编写矢量的简便方法。 量子力学中有两个主要状态,分别称为状态| 0>和状态| 1> 。 如果您不明白这个奇怪的“ |>”是什么,那只是写这样的列向量的一种方式

    Qubit states 0 and 1
    Qubit states 0 and 1
    量子位状态0和1

    These vectors are also called orthonormal basis, which means that the magnitude of the vectors is equal to 1, and the dot-product of the two vectors is 0.

    这些向量也称为正交基准,这意味着向量的大小等于1,并且两个向量的点积为0。

    A set of orthonormal basis vectors describe a new dimension. If there are two orthonormal basis vectors, they describe two dimensions. This means that any two-dimensional vector can be written as a linear combination of the orthonormal basis. As a quick exercise, take any two dimensional vector, like [2 1] (sorry I cannot write it vertically on Medium, but you get that the vector will be vertical ;), and write it as a combination of |0> and |1>. It will look something like a|0> + b|1>, where a and b are two constants. Try to find out the constants. What this means is that, you cannot write one orthonormal basis vector in terms of the other. Then these vectors are called linearly independent. These are also called computational basis states.

    一组正交基向量描述了一个新维度。 如果有两个正交基向量,它们将描述两个维度。 这意味着可以将任何二维矢量写为正交法线基础的线性组合 。 作为快速练习,采用任意二维矢量,例如[2 1](对不起,我不能在Medium上垂直书写,但是您会发现矢量将是垂直;),然后将其写为| 0>和|的组合。 1>。 看起来像a | 0> + b | 1>,其中ab是两个常数。 尝试找出常数。 这意味着,您不能就另一个正交向量编写一个正交向量。 然后将这些向量称为线性独立 这些也称为计算基础状态

    A qubit can be represented in the form

    量子位可以用以下形式表示

    Representation of a qubit in the basis states
    Representation of a qubit in the basis states
    基态中的量子位表示

    One thing to notice here is that the constants a and b we are talking about can be real, imaginary or both. (If you are new to imaginary numbers, read here). These are also called complex numbers, numbers which can be imaginary, real or both.

    这里要注意的一件事是,我们正在讨论的常数ab可以是实数,虚数或两者皆可。 (如果您不熟悉虚数,请在此处阅读)。 这些也称为复数 ,可以是虚数,实数或两者皆有的数。

    This vector, |q0> is called the qubit’s statevector, it tells us everything we could possibly know about this qubit. For now, we just need to understand that this qubit is neither completely in state |0> nor in state |1>, but a linear combination of both. Such linear combination of orthonormal basis vectors is termed as “superposition”.

    这个向量| q0>被称为量子位的状态向量 它告诉我们关于这个量子位我们可能知道的一切。 现在,我们只需要了解这个量子位既不是完全处于状态| 0>也不处于状态| 1>,而是两者的线性组合。 正交基向量的这种线性组合被称为“ 叠加 ”。

    Let’s introduce one more term, “amplitude”. Amplitude denotes the coefficient before the orthonormal basis vectors that we use to write our statevector. So, for the general case a|0> + b|1>, a is the amplitude of |0> state, whereas b is the amplitude of |1> state.

    让我们再介绍一个术语“ 振幅 ”。 振幅表示我们用来编写状态向量的正交基向量之前的系数。 因此,对于一般情况a | 0> + b | 1>,a是| 0>状态的幅度,而b是| 1>状态的幅度。

    There is also a constraint associated with the amplitudes of the statevector. The “sum of square of modulus of amplitudes of a statevector should be equal to 1”. I know there’s a lot to unpack in this statement, but what it basically means is that

    还存在与状态向量的幅度相关联的约束。 “状态向量的振幅模量的平方和应等于1” 。 我知道此语句中有很多要解压的内容,但基本上意味着

    |a|²+|b|²=1, as simple as it can get.

    | a |²+ | ​​b |²= 1,尽可能简单。

    This is called “normalzation”, and it basically means that the “every vector must have unit length”.

    这称为“ 归一化 ”,它的基本含义是“ 每个向量都必须具有单位长度”。

    So a brief summary till now. We have introduced “kets” as a new notation to represent vectors. We have seen how any vector can be represented as a linear combination of orthonormal basis vector states, the representation being called a “statevector”, and the term used to describe this phenomenon is called “superposition”. We have also seen the “normalization” constraint, which limits the length of every vector defined to unity.

    到目前为止,还是一个简短的摘要。 我们引入了“ kets”作为表示矢量的新符号。 我们已经看到如何将任何矢量表示为正交基矢量状态的线性组合,该表示称为“状态矢量”,而用于描述该现象的术语称为“ 叠加”。 我们还看到了“ 归一化”约束,该约束将每个矢量的长度限制为1。

    Phew!!! That was a lot of maths. So let’s do some hands-on coding with IBM Qiskit. Qiskit is IBM’s open source SDK for working with quantum computers at the level of pulses, circuits and algorithms. Qiskit accelerates the development of quantum applications by providing the complete set of tools needed for interacting with quantum systems and simulators. If you want to install Qiskit, check all the various options for installing and running Qiskit here.

    ew! 那是很多数学。 因此,让我们使用IBM Qiskit进行一些动手编码。 Qiskit是IBM的开源SDK,用于在脉冲,电路和算法级别与量子计算机一起工作。 Qiskit通过提供与量子系统和仿真器进行交互所需的整套工具,加速了量子应用程序的开发。 如果要安装Qiskit,请在此处检查安装和运行Qiskit的所有各种选项。

    Picture of a laptop
    Open up Qiskit on your PC
    在PC上打开Qiskit

    Open up Jupyter notebook on your PC. To run a cell, press Shift+Enter. In the first cell, type the following. These will import all the necessary tools required for this lab exercise.

    在PC上打开Jupyter笔记本。 要运行单元格,请按Shift + Enter。 在第一个单元格中,键入以下内容。 这些将导入此实验练习所需的所有必要工具。

    from qiskit import QuantumCircuit, execute, Aer
    from qiskit.visualization import plot_histogram, plot_bloch_vector
    from math import sqrt, pi

    We will use QuantumCircuit to create a new circuit. We generally pass two numbers to it, first one represents the number of qubits we need in our circuit, and second one is the number of “classical” bits to take measurement (we will come to what is measurement later). For now, we will just initialise our circuit with just one qubit as follows

    我们将使用QuantumCircuit创建一个新电路。 我们通常将两个数字传递给它,第一个数字代表我们电路中所需的qubit数量,第二个数字是进行测量的“经典”位数(我们将在后面介绍测量)。 现在,我们将仅用一个量子位来初始化电路,如下所示

    qc = QuantumCircuit(1) # Create a quantum circuit with one qubit

    Remember that just as we initialise our Quantum Circuit, the qubits start in the state |0>. This is just a default to make further calculations easier. But Qiskit provides us the flexibility to initialise our qubits with any numbers we want. This can be done using the initialize() method. We pass a list of numbers and tell which qubit we want to initialise. List is a python data structure.

    记住,当我们初始化量子电路时,量子位以| 0>状态开始。 这只是默认设置,可以使进一步的计算更加容易。 但是Qiskit为我们提供了使用所需的任何数字初始化qubit的灵活性。 这可以使用initialize()方法完成。 我们传递一个数字列表 ,并告诉我们要初始化哪个量子位。 List是python数据结构。

    Important: The list of numbers you pass as an argument to initialize() method should follow the “Normalization” rule.

    重要提示:您作为initialize()方法的参数传递的数字列表应遵循“ 规范化”规则。

    Okay, in the next cell, we initialize our qubit to the |1> state in the following way

    好的,在下一个单元格中,我们按照以下方式将qubit初始化为| 1>状态

    qc = QuantumCircuit(1)  # Create a quantum circuit with one qubit
    initial_state = [0,1] # Define initial_state as |1>
    qc.initialize(initial_state, 0) # Apply initialisation operation to the 0th qubit
    qc.draw('text') # Let's view our circuit (text drawing is required for the 'Initialize' gate due to a known bug in qiskit)

    If you initialize your qubit that does not follow the normalization rule, something like this

    如果您初始化不遵循规范化规则的qubit,则类似以下内容

    vector = [1,1]
    qc.initialize(vector, 0)

    You will get an error on running this cell as

    您将在运行此单元格时收到错误消息

    QiskitError                               Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-12-ddc73828b990> in <module> 1 vector = [1,1]
    ----> 2 qc.initialize(vector, 0)
    /usr/local/anaconda3/lib/python3.7/site-packages/qiskit/extensions/quantum_initializer/initializer.py in initialize(self, params, qubits) 252 if not isinstance(qubits, list): 253 qubits = [qubits]
    --> 254 return self.append(Initialize(params), qubits) 255 256
    /usr/local/anaconda3/lib/python3.7/site-packages/qiskit/extensions/quantum_initializer/initializer.py in __init__(self, params) 56 if not math.isclose(sum(np.absolute(params) ** 2), 1.0, 57 abs_tol=_EPS):
    ---> 58 raise QiskitError("Sum of amplitudes-squared does not equal one.") 59 60 num_qubits = int(num_qubits)
    QiskitError: 'Sum of amplitudes-squared does not equal one.

    To get the resulting statevector after performing such an operation of a qubit, we will use Qiskit’s “statevector_simulator”. There are other simulators as well, but more on that later.

    为了在执行了qubit运算之后获得结果状态向量,我们将使用Qiskit的“ statevector_simulator”。 也有其他模拟器,但稍后会介绍更多。

    backend = Aer.get_backend('statevector_simulator') # Tell Qiskit how to simulate our circuit

    Then we will use execute to run our circuit, and the .result() to get our required statevector.

    然后,我们将使用execute运行电路,并使用.result ()获得所需的状态向量。

    qc = QuantumCircuit(1) # Create a quantum circuit with one qubit
    initial_state = [0,1] # Define initial_state as |1>
    qc.initialize(initial_state, 0) # Apply initialisation operation to the 0th qubit
    result = execute(qc,backend).result() # Do the simulation, returning the result

    from result, we can then get the final statevector using .get_statevector()

    result ,我们可以使用.get_statevector()获得最终的状态.get_statevector()

    qc = QuantumCircuit(1) # Create a quantum circuit with one qubit
    initial_state = [0,1] # Define initial_state as |1>
    qc.initialize(initial_state, 0) # Apply initialisation operation to the 0th qubit
    result = execute(qc,backend).result() # Do the simulation, returning the result
    out_state = result.get_statevector()
    print(out_state) # Display the output state vector[0.+0.j 1.+0.j]

    Note that j here is used to represent imaginary numbers.

    注意,这里的j用于表示虚数。

    Congratulations on implementing your first quantum circuit. Although it is of not much importance, but we have built our fundamental quantum circuit. We will build upon this as the blog series will continue.

    恭喜您实现了第一个量子电路。 尽管它并不是很重要,但是我们已经建立了基本的量子电路。 随着博客系列的继续,我们将以此为基础。

    We are left with one last concept in this article, which is “measurement”.

    本文只剩下最后一个概念,即“ 测量”。

    Picture of cathode ray oscilloscope
    Let’s take some measurement
    让我们进行一些测量

    Before speaking anything about measurement, let me introduce you a small topic, called the “inner product”. This is a generalisation of the vector dot product. We use the inner product between a bra-(row-vector) and a ket-(column vector) like this

    在谈论有关测量的任何内容之前,我先介绍一个小话题,称为“ 内部产品 ”。 这是向量点积的概括。 我们使用bra-(行向量)和ket-(列向量)之间的内积

    Inner product (bra-ket)
    Inner product (bra-ket)
    内部产品(护垫)

    The asterisk(*) above a number denotes “complex conjugate” of that number. If a complex number is written as a+jb, its complex conjugate will be a-jb.

    数字上方的星号(*)表示该数字的“ 复共轭” 。 如果复数写为a + jb ,则其复共轭将为a-jb。

    A very important rule for measurement

    一个非常重要的测量规则

    Rule of measurement
    Rule of measurement
    计量规则

    If you brush up a little maths of linear algebra, then you will realise that if we write any quantum state as |x> = a|0> + b|1>, then the probability of measuring state |x> as |0> is |a|², and that of |1> is |b|². Try to do this by taking |x> as |0> and |1>, and ⍦ as some “a|0> + b|1>”.

    如果您复习一下线性代数的一些数学知识,那么您将认识到,如果我们将任何量子态写为| x> = a | 0> + b | 1>,那么测量状态| x>的概率为| 0>是| a |²,而| 1>的| b |²。 尝试将| x>设为| 0>和| 1>,将⍦设为“ a | 0> + b | 1>”。

    Wait, we just found out the famous Born rule. It says that the probability of finding a quantum state in another given quantum state is just the square of modulus of inner product of the two states.

    等等,我们才发现了著名的天生法则 它说在另一个给定的量子态中找到一个量子态的概率只是这两个态的内积模数平方。

    Let’s check this using Qiskit’s statevector_simulator. First we will initialise our qubit like this

    让我们使用Qiskit的statevector_simulator进行检查。 首先,我们将像这样初始化我们的量子比特

    qc = QuantumCircuit(1) # Redefine qc
    initial_state = [0.+1.j/sqrt(2),1/sqrt(2)+0.j]
    qc.initialize(initial_state, 0)
    qc.draw('mpl')

    This should initialize our qubit as

    这应该将我们的量子位初始化为

    Image for post
    Initialize qubit state
    初始化量子位状态

    To verify this, let’s use our statevector_simulator.

    为了验证这一点,让我们使用statevector_simulator。

    state = execute(qc, backend).result().get_statevector()
    print("Qubit State = " + str(state))

    Finally, let’s measure this qubit

    最后,让我们测量这个量子位

    qc.measure_all()
    qc.draw('mpl')

    Now, let’s simulate the circuit and get our measured state

    现在,让我们模拟电路并获得我们的测量状态

    state = execute(qc, backend).result().get_statevector()
    print("State of Measured Qubit = " + str(state))

    You will always get result as

    您将始终获得如下结果

    State of Measured Qubit = [0.+0.j 1.+0.j]#ORState of Measured Qubit = [1.+0.j 0.+0.j]

    Phew!!!!! That was a lot to take in one article. Today we have seen terms like “qubit”, “state-vectors”, “superposition”, “normalisation”, “Born Rule” and many more. These are all just the fundamentals of quantum computing. There are many more fundamentals, but we shall cover them in the next article. I’ve tried to simplify concepts as much as possible. Also, check out the links that I’ve attached with this article, they are super useful and will give you a complete picture about what I’m referring to.

    ew !!!!! 一篇文章要花很多钱。 今天,我们已经看到了诸如“量子位”,“状态向量”,“叠加”,“归一化”,“出生规则”之类的术语。 这些全都是量子计算的基础。 还有更多基础知识,但是我们将在下一篇文章中介绍。 我试图尽可能简化概念。 另外,请查看本文附带的链接,它们非常有用,它们将为您提供有关我所指的内容的完整图片。

    PSST: Most of my work here is inspired from Qiskit’s community textbook, which is an awesome resource to learn from. If you want to check that out, it is linked here. You can give it a read, or maybe download the Jupyter notebook and run on your local machine. Both works fine. One additional thing that’s mentioned there is about the Bloch Sphere, and I could have mentioned that here also. But it would be a lot to take in this article. I will do it in the next article, along with some cool stuff like Quantum Teleportation.

    PSST :我在这里所做的大部分工作都来自Qiskit的社区教科书 ,这是一个很棒的学习资源。 如果您想查看,请在此处链接。 您可以阅读它,或者下载Jupyter笔记本并在本地计算机上运行。 两者都很好。 这里提到的另一件事是关于Bloch Sphere的 ,我也可以在这里提到。 但是这篇文章要花很多时间。 我将在下一篇文章中进行介绍,同时还会介绍一些很酷的东西,例如Quantum Teleportation。

    So it is still not clear to us whether communication can be done faster than speed of light. Just to break the ice, I will say the answer here. But that shouldn’t stop you guys from reading the next article on Quantum Teleportation, as it will discuss the process in details.

    因此,我们仍然不清楚通讯是否可以比光速快。 只是为了打破僵局,我在这里说答案。 但这并不能阻止你们阅读下一篇有关量子隐形传态的文章,因为它将详细讨论该过程。

    Till then, happy Quantum Computing.

    到那时,快乐的量子计算。

    Oh yeah, I forgot!!! We cannot communicate faster than speed of light. The Theory of Relativity formulated by Einstein is still very true even in the 21st century.

    哦,是的,我忘了!!! 我们交流的速度不能超过光速。 即使在21世纪,爱因斯坦提出的相对论仍然非常正确。

    翻译自: https://medium.com/quantumcomputingindia/the-bits-and-atoms-of-quantum-computing-bcd580e61257

    量子属于原子吗

    展开全文
  • 数值计算结果表明:初态中场的平均光子比较小时,光场能够展现出明显的量子效应;初始时刻原子激发态概率幅从小变大时,光场的反聚束效应变得越明显,而光场的压缩深度会先增大后减小;失谐量的变化对场的量子性质的影响...
  • 提出了基于探测高能级上原子布居实现近简并准Λ型四能级原子系统局域化的方案。利用微扰理论求解薛定谔方程得到了基于上能级原子布居的原子位置的条件几率分布表达式。理论分析了原子局域峰的位置及宽度,得到了...
  • 收稿日期:--
  • 2018_2019学年高中化学第1章本章重难点专题突破一描述原子核外电子运动状态的四个量子数教案鲁科版选修3201911071122
  • 通过计算并发度研究了两个处于初始激发态的两能级原子态场相互作用系统的纠缠动力学特性,并讨论了场的光子原子和场的失谐量以及原子操作对并发度的影响。结果表明当不存在原子操作时,两原子之间的纠缠出现...
  • 在非旋波近似下,研究了频率随时间变化的相干态光场与二能级原子的相互作用,讨论了光场频率随时间作正弦和方波变化时,原子布居反转随时间的演化特性。数值计算结果表明,当光场频率不随时间变化时,原子布居...
  • 讨论了在克尔媒质中原子与光场相互作用及拉曼相互作用时原子、光场和整个系统的量子信息保真度的时间演化过程。研究光场的光强、失谐量及克尔参量对保真度的影响。研究表明,当拉比振荡频率与光子成正比时保真度...
  • 利用全量子理论,研究了单模Pólya 态光场与两个二能级原子之间相互作用系统的粒子布局反转、第一个原子的线性熵和信息熵随时间的演化,讨论了原子的初态、光场的参数等物理量对系统的粒子布局反转、线性熵和信息...
  • 是由分子和原子组成的,分子的破裂和原子的重新组合是化学变化的的基础。 分子: 是由组成的原子按照一定的键合顺序和空间排列而结合在一起的整体,这种键合顺序和空间排列关系称为分子结构。由于分子内原子间的...
  • 研究了初始处于纠缠态的双原子与相干光场的相互作用。 结果表明, 不同的失谐量和初始平均光子使得系统、 原子和光场的量子信息保真度发生改变。
  • 运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了三个二能级原子系统的量子特性.初始三原子处于W纠缠态,让其中的两原子A、B与相干态光腔场发生共振作用,经腔QED演化以后,对原子进行Bell基测量,通过调节相干态光场的强度和...
  • 根据原子序数1至20的元素类氢离子电离能的实验数据,考虑到核体积与核质量修正,对相对论电离能表达式中的量子数亏损进行拟合,根据拟合结果计算的电离能理论值在实验误差范围与实验值完全相符。计算了原子序数21至55的...
  • 利用全量子理论,研究了多光子Jaynes-Cummings模型中混合态原子与Glauber-Lachs态相互作用系统的量子纠缠特性,讨论了相干平均光子、热平均光子原子初态和跃迁光子对系统纠缠特性的影响。结果表明,系统的...
  • 这5个电子的主,角,磁量子数分别是(1,0,0), (1,0,0), (2,0,0), (2,0,0), (2,1,0). 硼原子的能量为 其中E1=E2,E3=E4, J13=J14=J23=J24,J15=J25,J34=J45, K13=K14=K23=K24,k15=K25,K35=K45 因此 ...
  • 分子由原子组成 原子原子核和核外电子...分子、原子原子核、中子、质子、电子属于微观粒子,通称为量子。 电子是最早发现的基本粒子。带负电,电量为1.602189×10-19库仑,是电量的最小单元。质量为9.109
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空空如也

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原子量子数