量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。

为了满足多用户安全通信的需求，利用四粒子cluster态的纠缠特性和测量-重发操作提出一个四方半量子密钥协商协议。该协议能够使一个全量子方和三个半量子方在无可信第三方协助的情况下进行密钥协商，并公平地建立共享密钥。由于该协议的半量子方仅需执行简单量子态制备、测量和反射操作，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。研究结果表明，该协议在有效地抵御参与者攻击和所有外部攻击的同时具备良好的性能。

作为量子技术中的信息载体, 量子比特被广泛应用于量子计算、量子模拟以及量子精密测量等研究领域。然而由于环境中如噪声等因素的存在, 量子比特的信息表征会受到一定限制。如何精确地解析出环境中作用于量子比特的噪声谱信息, 成了量子比特动力学解耦工作中亟待解决的问题。基于近似解析的传统方法无法精确地从量子比特的时域测量信息中解析出噪声谱。因此, 在本文中, 我们提出了一种基于深度学习的量子比特噪声谱解析方法。该方法通过不断学习, 能够获取量子比特的退相干曲线与其噪声谱之间的潜在映射关系, 为后续数值模拟和实验测量中的量子比特噪声谱解析提供了新的技术思路。相比于传统方法, 该方法的精确度更高, 并且可以推广到其他类型噪声谱的解析工作中。

量子密钥协商协议虽然可以实现参与者之间建立安全共享密钥的目的，但是目前大多数量子密钥协商协议对参与者能力和设备的要求较高。针对此问题，利用G-like态的纠缠特性和测量-重发操作方法提出了一个两方半量子密钥协商协议。该协议允许两个半量子参与方在一个具备全量子能力的可信第三方协助下公平地建立安全共享密钥。由于两个半量子方只需要执行反射操作以及进行简单的量子态制备和测量，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。最终，安全性分析证明了该协议可以很好地抵抗参与者攻击和外部攻击。并且，该协议在性能方面也有一定优势。

量子芯片是运用量子力学基本原理构建实用化计算机的基础。各国研究团队通过近几年的卓越研究工作, 将硅基量子比特芯片技术发展成量子计算的核心方向之一。文章重点归纳了Si自旋量子比特的主要类型, 分析了可靠量子计算实现所要求的高保真度、长程耦合等指标的关键技术。这些技术的研究表明, 硅是一个能实现全面量子计算发展的可行平台。

高保真度量子门的物理实现是量子计算和量子通信的关键技术之一。根据电路量子声动力学和量子电动力学，提出了由两个具有较长相干时间的超导transmon qubit和一个具有高机械品质因数的薄膜体声波谐振器组成的量子门方案，体声波谐振器起到类似微波光子通道的作用，使两个transmon qubit之间实现量子态交互。该文先用Butterworth van Dyke模型分析体声波谐振器在方案中的等效电路，构建系统的量子化哈密顿量，再用二能级原子 声子混合量子态形式编码系统的量子态，通过调节外磁场来调控系统的输入态，系统的输出态可通过测量模块得到。在Jaynes Cummings模型下，该系统能完成具有高保真度的量子相位交换(iSWAP)门操作。

提出了一种可控量子隐形传态与远程制备相结合的新 方案,结合了两种量子信息通信方式。在该方案中, Alice和Bob既是发送者又是接收者, Alice、Bob和Charlie共享一个九比特量子纠缠态作为量子信道。在Charlie的控制下,通过一系 列投影测量操作, Alice可以传送一个未知的任意单比特量子态给Bob, 与此同时, Bob还可以远 程制备任意已知的两比特量子态给Alice。与其他此类型的混合方案相比,所提方案中远程制备 的量子态从单比特提升为两比特,分析与推理表明所提出方案的成功率为100%。