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囚禁离子量子信息处理中信息擦除与能量耗散关系的研究

批准号:
12074346
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
闫磊磊
依托单位:
学科分类:
精密测量物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫磊磊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在信息擦除等量子操作中,能量消耗不可避免,如何量化处理能量消耗与信息擦除之间的关系是量子信息处理中的一个重要物理问题。囚禁离子体系作为量子信息处理的优良实验系统受到广泛关注,然而其自身的热力学性质却鲜有人关注,特别是与信息擦除等相关的最小能耗理论。本项目拟通过结合量子热力学方法和开放系统理论来分析囚禁离子量子信息处理中的能量消耗物理机制,建立该体系的第一个量子热力学模型,探究信息处理中的最低能耗策略。本项目拟开展以下几个方面的研究:1)研究囚禁离子体系内量子操作过程中熵、信息以及能量等物理量之间的转换关系,建立量子热力学模型。2)结合离子实验,研究信息擦除与最小能耗关系。3)研究开放系统下系统的量子热力学性质。本项目着眼于理论结合实验,将深化对囚禁离子体系内量子操作热力学性质的理解与认识,有助于发展新的优化信息处理方案,为降低大规模量子信息处理中的能量消耗提供理论参考。
英文摘要
When erasing quantum information, one has to pay energy. As a result, how to quantify the relation between energy consumption and information erasure becomes an important physical problem in quantum information processing. As an excellent experimental system for quantum information processing, the trapped ion system has attracted extensive attention. However, its thermodynamic properties have received little attention, especially the theory of minimum energy consumption, such as the information erasure. By combining the quantum thermodynamics method and the open system theory, this project intends to analyze the physical mechanism of energy consumption in the quantum information processing for the trapped ion system and establishes the first quantum thermodynamics model of the system, and studies the minimum energy consumption scheme in the information processing. The project mainly carries out following issues: 1) studying the interconversion relationship among entropy, information, quantum correlation, energy and other physical quantities in quantum operations for the trapped ion system and developing quantum thermodynamic model; 2) Combined with the ion experiment, study the relation between information erasing and minimum energy consumption; 3) studying the quantum thermodynamic properties of trapped-ion system in the open system condition. Combined with experiments, the project will help us deepen the understanding and cognition of thermodynamic properties of quantum operations within the trapped-ion system, develop new optimized information processing scheme, and provide a theoretical reference for reducing energy consumption in the large-scale quantum information processing system.
在项目支持期间,本研究目标已顺利完成,研究丰富并完善了超冷囚禁离子体系内量子热力学模型、耗散控制与设计、信息调控与熵产生等方面的理论与实验研究,共发表与项目相关SCI论文30篇,其中中科院2区及以上18 篇,包含Phys. Rev. Lett.(3篇),Phys. Rev. A/Applied/Research (12篇)和量子信息热力学综述期刊1篇。研究成果1次入选PRL Editors’ Suggestion,1次入选PRL Featured in Physics并被《Physics》分别以“Focus”专题点评报道。主要研究目标完成情况如下:1)基于超冷离子实验系统构建多通道耗散过程,首次实验演示了耗散—时间不确定关系,成果入选PRL编辑推荐和物理特色高亮论文,并被《Physics》在Focus专栏专题报道;2)实验实现非绝热非循环量子计算,成果发表在PRL;3)实验设计麦克斯韦妖调控的西拉德热机模型,证实了新型涨落定理,成果发表在PRL;4)完成了非绝和乐几何量子计算、时间优化控制的非绝热和乐控制门、Deutsch-Jozsa算法实现、多量子比特逻辑门、分布式量子计算与GHZ态区分等系列理论研究工作,研究成果发表在Phys. Rev. A/Applied/Research;5)理论上实现了量子传感增强、转动传感等系列研究,成果发表在Phys. Rev. A/Applied。
参加第十四届希望会议
  • 批准号:
    12381240028
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    1.5万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    闫磊磊
  • 依托单位:
基于超冷囚禁离子的量子相变临界行为的研究
  • 批准号:
    11804375
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    闫磊磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金