北京雁栖湖应用数学研究院

刘正伟

刘东

2022年11月18日 09:30 至 10:30

JCY-1

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量子计算机能否被建造出来，如果原理上可以的话它的建造难度是什么？这个问题背后的核心是：量子系统如何抗噪。为了实现量子计算的抗噪，我们一般从几个方面来考虑：1）量子硬件的制备和实验提升，2）量子系统的控制方法，3）容错性量子计算的算法软件的构建。本报告将会对后面两个问题进行阐述，并且试图从理论层面提出新的科学问题。 首先我们讨论一下量子计算机的核心控制部分—校准系统。当量子芯片的比特数目变大并且量子运算更加复杂时，各个比特之间不可避免的有相互影响，导致操控变得复杂。同时受环境和器件影响，比特的参数会随时间漂移从而影响操控和测量，导致量子计算出现严重错误。因此，如何实现量子芯片的自动控制和实时维护是实现量子计算的核心。我们将重点讨论并且提出量子计算机校准控制中的科学问题。 其次，量子纠错编码是实现通用容错量子计算的一个重要方案。我们发现表面码在测量诱导的相干错误下会产生不能被探测到的错误，这些错误将累积并演变为逻辑错误。这种现实上可能出现的重要错误会使量子码变成“近似”量子纠错码，这种效应会使量子纠错程序在更多次循环后变得非常有害。考虑到容错量子计算的实现复杂度和理论上的问题。但是，我们的结果表明：通过增加量子编码的尺度可以显著的减小这种危害性。近期量子计算中需要尽可能考虑复杂度较低的针对特定问题设计的抗噪量子算法。最后，我们介绍一个基于随机编译方案的抗噪量子相位估计算法的设计和原理。

刘东副教授于2018年5月加入清华大学物理系，在2020年加入北京量子信息研究院成为兼任研究员，并且负责“量子操作系统”团队。他分别于2005、2012年在北京大学和杜克大学获得学士和博士学位，之后在密西根州立大学和微软研究院Station Q从事博士后研究，并且在2018年入选某海外高层次青年人才计划。刘东课题组近五年主要致力于拓扑量子器件的验证方案、量子计算机的体系结构、非平衡多体量子物理的量子场论方法等方向的理论研究。