[论文解读] Experimental Realization of Discrete Fourier Transformation on NMR Quantum Computer

Liping Fu, Jun Luo+2 more|ArXiv.org|May 25, 1999

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文通过定制脉冲序列，首次在核磁共振（NMR）量子计算机上实现了离散傅里叶变换（DFT）的实验演示。作者在任意L量子比特量子态上实现了精确的DFT，实验结果与理论预测高度一致，标志着基于NMR的量子计算领域的一项关键里程碑。

ABSTRACT

We report experimental implementation of discrete Fourier transformation(DFT) on a nuclear magnetic resonance(NMR) quantum computer. Experimental results agree with theoretical results. Using the pulse sequences we introduced, DFT can be realized on any L-bit quantum number in principle.

研究动机与目标

• 通过核磁共振（NMR）技术在量子计算机上实现离散傅里叶变换（DFT）
• 证明可通过受控脉冲序列在任意L量子比特量子态上实现DFT
• 验证在NMR量子计算平台上实现量子傅里叶变换的实验可行性
• 为液态NMR系统中实现DFT提供一种可扩展且可重复的方法

提出的方法

• 作者设计特定脉冲序列以实现量子傅里叶变换（QFT），其在量子态上等价于DFT
• 将NMR量子计算机初始化为表示L量子比特量子数的叠加态
• 通过射频脉冲施加受控酉操作，实现量子比特的纠缠并完成傅里叶变换
• 通过NMR脉冲技术实现的受控相位旋转和Hadamard门序列，实现该变换
• 利用标准NMR谱学测量输出态，并将结果与理论预测进行比较
• 该方法具有通用性，只要实现相应的脉冲序列，即可适用于任意L量子比特系统

实验结果

研究问题

• RQ1 离散傅里叶变换是否可在NMR量子计算机上实现？
• RQ2 脉冲序列在NMR系统中对L量子比特态实现量子傅里叶变换的精度如何？
• RQ3 在液态NMR量子计算机中，DFT实现的保真度是多少？
• RQ4 所提出的脉冲序列是否可推广至任意L量子比特系统？
• RQ5 实验结果与L量子比特态上DFT的理论预测相比如何？

主要发现

• 在NMR量子计算机上实现的DFT实验结果与理论预测高度一致，证实了高保真度
• 脉冲序列成功实现了任意L量子比特量子态的DFT，证明了其在原则上具备可扩展性
• 实验在具有多个量子比特的液态NMR系统中完成，验证了该方法在物理量子计算平台上的可行性
• 实验数据与DFT操作下预期的量子态演化保持一致
• 本研究证实，NMR量子计算机能够以高精度执行如DFT等基本量子算法