Наука eBooks

Труды Физико-технологического института. T. 29: Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника: физика, технология, диагностика и моделирование

авторов Коллектив

Published Jan 1, 2020• 0 citations

Abstract

Настоящий том посвящен актуальным проблемам квантовых технологий и микроэлектроники. Рассмотрены различные численные и аналитические подходы к моделированию и контролю элементной базы квантовых компьютеров и симуляторов с учетом декогерентизации и квантовых шумов. Представлены современные методы, направленные на инжиниринг различных квантовых состояний, а также их адекватный, полный и точный контроль. Представлены разработки, обеспечивающие существенное улучшение процедур томографии квантовых состояний и операций с учетом несовершенства технологий и измерений. Кроме того, рассмотрены некоторые вопросы, связанные с разработкой и моделированием приборов микроэлектроники и наноэлектроники. Для широкого круга специалистов в области квантовых информационных технологий, микро- и наноэлектроники, а также студентов и аспирантов, обучающихся по соответствующим специальностям. This volume is devoted to topical problems of quantum technologies and microelectronics. Various numerical and analytical approaches to modeling and control of the element base of quantum computers and simulators, taking into account decoherence and quantum noise, are considered. The modern methods aimed at engineering various quantum states, as well as their adequate, complete and accurate control are presented. Developments are presented that provide a significant improvement in the procedures for tomography of quantum states and operations, taking into account the imperfection of technologies and measurements. In addition, some issues related to the development and modeling of microelectronic and nanoelectronic devices are considered. Intended for a wide range of specialists in the field of quantum information technologies, as well as in the field of micro- and nanoelectronics; it can also be recommended to undergraduate and graduate students of relevant specialties.вЃ

DOI: 10.7868/9785020408081

Related papers

Применение квантовых технологий для больших морских транспортных систем

О.В. Бородина, Наталья Викторовна Шаталова

Целью данной работы является оценка перспектив развития квантовых технологий в эпоху стремительного роста объемов информации и данных, циркулирующих в морских транспортных системах. Особое внимание уделяется фундаментальным ограничениям классических вычислительных архитектур при решении задач глобальной морской логистики. В исследовании подробно изучаются базовые принципы функционирования квантовых технологий, а также анализируются современные системы математического моделирования, лежащие в основе квантовых вычислений. Отдельным блоком выделены направления квантовых коммуникаций, которые представляются наиболее перспективными для внедрения в морских транспортных системах. Помимо этого, рассматриваются квантовые вычисления и квантовые сенсоры как технологическая основа для создания высокоточных морских навигационных приборов нового поколения. В работе приведен развернутый обзор актуальных достижений мировой науки и практики в области применения квантовых технологий в морских транспортных системах. В качестве самостоятельного направления исследований вынесена оценка перспектив задействования наработок и исследований Российского квантового центра в различных отраслях морского приборостроения, включая анализ их готовности к практической эксплуатации в условиях агрессивной морской среды, что определяет научную и практическую значимость представленной работы. The purpose of this work is to assess the prospects for the development of quantum technologies in an era of rapid growth in the volume of information and data circulating in marine transport systems. Particular attention is paid to the fundamental limitations of classical computing architectures in solving global maritime logistics problems. The study examines in detail the basic principles of the functioning of quantum technologies, as well as analyzes modern mathematical modeling systems that underlie quantum computing. A separate block highlighted the directions of quantum communications, which seem to be the most promising for implementation in marine transport systems. In addition, quantum computing and quantum sensors are being considered as the technological basis for the creation of a new generation of high-precision marine navigation devices. The paper provides a detailed overview of current achievements of world science and practice in the field of application of quantum technologies in marine transport systems. As an independent area of research, an assessment was made of the prospects for using the developments and research of the Russian Quantum Center in various branches of marine instrumentation, including an analysis of their readiness for practical operation in an aggressive marine environment, which determines the scientific and practical significance of the presented work.

МОРСКИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИMay 18, 20260 citations

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ НА КАЧЕСТВО КВАНТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

B. I. Bantysh, Ю.И. Богданов, В. Ф. Лукичев +2 more

В рамках формализма квантовых операций рассмотрено влияние амплитудной и фазовой релаксации на эволюцию квантовых состояний. Изучена модель поляризационного кубита, шумы которого определяются наличием спектральной степени свободы, проявляющей себя в процессе распространения света внутри анизотропной среды с дисперсией. Предложена приближенная аналитическая модель для расчета действия фазовой пластины на поляризационное состояние с учетом дисперсии света.

Jan 1, 20150 citations

ВЫСОКОТОЧНАЯ ТОМОГРАФИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КВАНТОВЫХ СОСТОЯНИЙ С УЧЕТОМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ

I. K. Golyshev, Ю. О. Кузнецова, Н.А. Богданова +1 more

В настоящей работе предложен алгоритм формирования адекватной модели реконструкции двухкубитовых поляризационных квантовых состояний. Рассмотрены инструментальные ошибки, связанные с неточностью в ориентации оптических осей фазовых пластинок. Показано, что подход на основе нечетких измерений позволяет разработать устойчивые к инструментальным ошибкам протоколы квантовой томографии.

Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезуJun 30, 20260 citations

Топологические методы в квантовых вычислениях

С.А. Дуплий, И.И. Шаповал

Рассмотрены основные концепции квантовой теории информации, принципы квантовых вычислений и возможность созда-ния на их основе уникального по вычислительной мощности и принципу функционирования устройства — квантового ком-пьютера. Представлены основные блоки квантовой логики, схемы реализации квантовых вычислений, а также известные сегодня эффективные квантовые алгоритмы, которые призваны воплотить преимущества квантовых вычислений над клас-сическими. Среди них особое место занимают алгоритм Шора факторизации чисел и алгоритм Гровера поиска в неупорядо-ченных базах данных. Описано явление декогеренции, еѐ влияние на стабильность квантового компьютера и методы коррек-ции квантовых ошибок. Изложена концепция топологического квантового вычисления, которое не обладает большей вычис-лительной мощностью по сравнению с обычным квантовым вычислением, но обладает естественной помехоустойчивостью. Показана необходимость анионной статистики его кубитов и представлена наглядная анионная модель реализации тополо-гического квантового вычисления. \nBasic concepts of quantum information theory, principles of quantum calculations and the possibility of creation on this basis unique on calculation power and functioning principle device, named quantum computer, are concerned. The main blocks of quantum logic, schemes of quantum calculations implementation, as well as some known today effective quantum algorithms, called to realize ad-vantages of quantum calculations upon classical, are presented here. Among them special place is taken by Shor’s algorithm of num-ber factorization and Grover’s algorithm of unsorted database search. Phenomena of decoherence, its influence on quantum computer stability and methods of quantum errors correction are described. Topological quantum computation conception is stated. It hasn’t more computational power than the conventional quantum computation has, but is noiseless by its nature. Anyon statistics necessity for qubits is shown and representative anyon model of topological quantum information processing is presented.

Jan 1, 20070 citations

Квантовая теория физических явлений и квантовые вычисления

В.Ю. Капитан, Olga I. Dyachenko, Konstantin Valentinovich Nefedev +1 more

Пособие посвящено изучению фундаментальных вопросов квантовой механики и описанию принципиально нового типа вычислений – квантовых вычислений. Представлены фундаментальные постулаты квантовой механики и даны основы квантовых вычислений с применением квантовых симуляторов. Для специалистов в различных областях теоретической и экспериментальной физики, медицинской биофизики, информатики и компьютерного моделирования, аспирантов и студентов вузов естественнонаучных и физико-технических направлений подготовки.

Publishing House of the Far Eastern Federal University eBooksJan 1, 20200 citations

Вопросы изучения квантовой запутанности студентами физических специальностей университетов

Б А Абдикамалов, Райгул Хoжаназарoва

Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.

Общество и инновацииJul 25, 20240 citations