پردازش اطلاعات کوانتومی با استفاده از طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته

یکی از نیازهای پردازش اطلاعات کوانتومی، قابلیت اعمال درگاه های کوانتومی جهان شمول است. هر تحول یکانی کوانتومی را می­توان بر حسب این درگاه­ها با دقت دلخواه تجزیه کرد و تقریب زد. تشدید مغناطیسی هسته (nmr) یکی از روش هایی است که برای آزمودن بسیاری از الگوریتم­های کوانتومی مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، اولین پیاده سازی درگاه های کوانتومی با استفاده ازتشدید مغناطیسی هسته در ایران گزارش می شود به طور مشخص، از اسپین های کربن و هیدروژن در مولکول کلروفرم به عنوان بیت های کوانتمی استفاده کردیم و درگاه های تک کیوبیتی و دو کیوبیتی را بر روی بیت های کوانتمی اعمال نمودیم. همچنین، کیفیت این درگاه ها را با برشنگاری (توموگرافی) کوانتومی مورد ارزیابی قرار دادیم. نتایج به دست آمده نشان می دهد که درگاه های مورد نظر با کیفیت بالا (شباهت بیشتر از 99%) پیاده‌سازی شده اند. این کار، راه را پیاده سازی آزمایشگاهی الگوریتم های کوانتمی برای کاربرد های محاسبه های کوانتومی، سنجش کوانتمی دقیق و شبیه سازی‌های کوانتومی در ایران باز می کند.

quantum information processing with nmrspectroscopy

one of the essential requirements for quantum information processing (qip) is implementing universal sets of gates with high fidelity. all quantum operations can be decomposed and approximated with a combination of elements in a universal set of gates with arbitrary precision. nuclear magnetic resonance (nmr) is one of the techniques that has attracted a lot of attention for testing quantum algorithms. in this article, the first implementation of a universal set of quantum gates with nmr in iran is reported. specifically, we used the hydrogen (1h) and carbon (13c) nuclear spins in chloroform as the quantum bits and implemented single and two qubit gates on them. the quality of these gates was evaluated using quantum tomography. experimental results show that the gates were implemented with fidelities of more than %90. this work could pave the way for experimental realization of quantum algorithms for applications in quantum computing, quantum sensing and quantum simulations.