量子游走：方向由量子世界中硬币翻转的速度决定

量子游走是经典随机游走的量子力学模拟，是一种利用量子力学性质产生随机过程的数学统计模型，它提供了一种先进的工具，可用于模拟高度复杂的量子系统，并在广泛的研究领域中建立量子算法。一个突出的应用是在能够执行任何量子计算的计算模型中，其中需要精确控制的状态转移。

经典随机游走与经典的随机游走不同，在经典算法中游走者为确定的状态，由于状态之间的随机跃迁而产生随机性，而在量子游走中，随机性可以下述方式产生：状态的量子叠加，非随机，可逆的幺正进化由于状态测量，波函数崩溃。和经典的随机游走相比，由于量子纠缠的非定域性和量子叠加态的相位干涉，能够以更高的速度探索目标空间。

科学家提出区块链的量子PoW共识:金色财经报道，来自澳大利亚和美国大学的一组研究人员与量子技术公司BTQ合作，最近发表了一项研究，提出了一种新的区块链共识工作量证明(PoW)方案，该方案依赖于量子计算技术来验证共识。[2023/6/2 11:53:38]

但是由于这样的量子随机性，通常难以控制量子游走的行为。比方说，抛硬币，如果是头，向左走一步；如果是尾，向右走一步。而在量子世界里，是立刻向两个方向移动，像波一样展开。这种随机性使游走难以控制，从而使精确设计系统更加困难。

国务院：十四五时期增强传感器、量子信息、区块链等关键技术创新能力:1月12日消息，国务院印发“十四五”数字经济发展规划，到2025年，数字经济迈向全面扩展期，数字经济核心产业增加值占GDP比重达到10%，数字化创新引领发展能力大幅提升，智能化水平明显增强，数字技术与实体经济融合取得显著成效，数字经济治理体系更加完善，我国数字经济竞争力和影响力稳步提升。瞄准传感器、量子信息、网络通信、集成电路、关键软件、大数据、人工智能、区块链、新材料等战略性前瞻性领域，发挥我国社会主义制度优势、新型举国体制优势、超大规模市场优势，提高数字技术基础研发能力。着力提升基础软硬件、核心电子元器件、关键基础材料和生产装备的供给水平，强化关键产品自给保障能力。强化落实网络安全技术措施同步规划、同步建设、同步使用的要求，确保重要系统和设施安全有序运行。（新华社）[2022/1/12 8:44:26]

中国电信安徽公司：量子安全云智能印章及区块链印签验证平台正式发布:金色财经报道，中国电信安徽公司、中电信量子科技有限公司和天翼电子商务有限公司等联合研发的“量子安全云智能印章及区块链印签验证平台”正式发布。量子安全云智能印章产品基于量子安全技术、区块链技术和物联网技术，印章内置的量子安全加密芯片，将印章使用时记录的信息通过量子技术加密，上传至区块链验证平台，用户登录验证平台并经过印章使用者授权后，即可便捷、准确地验证签章文件及印章的真伪。（中国电信安徽公司官方公众号）[2021/12/26 8:05:26]

日本的一个研究团队通过揭示每个量子游走的方向决策所依据的机制，介绍一种潜在地控制运动方向的方法，朝着更加受控的游走方向发展。该研究成果论文发表在最近的《自然》杂志的《科学报告》上。

研究人员基于波粒二象性揭示游走机制，然后在设计的时间相关硬币下使用游走机制提出量身定制的量子游走，以按需操作所需的状态，就像在通用量子计算基元中一样。这样的的研究结果为控制量子游走开辟了道路。

论文第一作者、广岛大学综合艺术与科学研究生院研究生、片山春奈说：“在我们的研究中，我们专注于确定量子游走行为的硬币，以探索可控性。”

在经典系统中，硬币将游走者引导到空间中：右还是左。在量子系统中，硬币的可靠性是无限低的，因为助行器既可以作为一个粒子站立在一个空间中，又可以作为一种波在整个时间范围内伸展开来。

片山说：“我们推出了随时间变化的硬币，其落在头或尾上的概率随时间的变化，以揭示硬币的功能。”

研究人员发现，这种随时间变化的硬币可以改变游走者的位置，但是游走者的波动特性掩盖了该硬币控制了多少物理空间。

片山说：“我们首次成功阐明了两个完全不同的概念的等效性，即硬币概率的变化率和波动速度的等效性。”“这种公开的机制使我们能够通过保留随机过程来操纵硬币，从而控制按需进行的量子步移，提供了创新的量子信息处理技术的核心基本要素。”

研究人员确定硬币的翻转速度直接影响了波浪的运动速度，从而对游走者的运动产生了一定的控制作用。

片山说：“通过这种游走机制，我们可以通过操纵硬币的翻转速度来定制量子游走。”“此外，我们发现通过设计硬币可以按需实现具有所需轨迹的量子游走。我们的研究结果为控制量子游走开辟了道路。”

参考：Floquet-engineeredquantumwalks,ScientificReports(2020).DOI:10.1038/s41598-020-74418-w

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