量子信息技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,量子信息技术,金 亮 物理学专业 0310255,付 强 材料物理专业 0312621,满江伟 物理学专业 0310200,多量子位,系,系统,一个量子,位,位是定义,在,在二维复,向,向量空间,中,中的一个,单,单位向量,。,。,经典粒子,组,组成的系,统,统，其状,态,态空间的,维,维数与粒,子,子的数目,呈,呈线性增,长,长关系，,即,即：,一般来说,具,具有n个,量,量子位的,系,系统，其,状,状态空间,由,由,个,个基向量,组,组成。可,见,见量子系,统,统的状态,空,空间维数,随,随其粒子,书,书的增长,呈,呈指数倍,增,增长，即,：,：,一个量子,位,位状态可,表,表示成,，,，,对,对一个量,子,子位进行,一,一次测量,之,之后，该,量,量子位会,塌,塌陷到,或,或者,。,。但是,测,测量之前,并,并不能确,定,定会塌陷,到,到哪个状,态,态。当有,多,多个量子,位,位构成量,子,子系统的,时,时候，整,个,个量子寄,存,存器的状,态,态，就可,以,以表示成,这,这些量子,位,位状态的,直,直积。,其中，,表,表示寄,存,存器第i,位,位的状态,。,。,量子寄存,器,器的状态,是,是一个叠,加,加态，没,有,有对他进,行,行测量时,，,，他一不,同,同德概率,处,处在这些,基,基本态中,，,，一旦测,量,量就发生,坍,坍塌为,个,个态中,的,的一个。,图灵机(DTM),图灵机是,为,为了方便,计,计算机算,法,法而常采,用,用的计算,模,模型。,主要包括,有,有穷的状,态,态集合Q,，,，包括一,个,个特殊的,初,初始状态,和,和两,个,个特殊的,停,停机状态,：,：,和,和,。,。,运行是DTM输入,的,的是一个,字,字符串，,然,然后从头,扫,扫描，直,到,到当前状,态,态为,和,和,时,时停,止,止，相应,的,的输出“,是,是”和“,不,不是”。,量子图灵,机,机,量子图灵,机,机是非确,定,定性的图,灵,灵机中的,一,一种，运,行,行这个图,灵,灵机，任,意,意时刻的,状,状态都可,以,以用一个,概,概率分布,来,来描述。,这,这些分布,概,概率是时,间,间t的函,数,数。,经典的非,确,确定性图,灵,灵机虽然,在,在某一步,按,按照概率,选,选择一个,后,后续步骤,执,执行，其,他,他的均被,抛,抛弃；量,子,子图灵机,按,按照一定,的,的概率合,成,成一个叠,加,加态，作,为,为量子图,灵,灵机下一,步,步所有可,能,能的状态,都,都会被执,行,行。,量子并行,性,性,如果一个,线,线性变换,作,作用于某,个,个叠加态,，,，他将会,同,同时作用,于,于该叠加,态,态的所有,基,基向量，,并,并把所有,基,基向量的,作,作用结果,进,进行叠加,行,行成新的,叠,叠加态。,用这种方,法,法计算f,（,（x），,只,只需一次,既,既可以同,时,时计算出x取n个,不,不同值时,的,的结果。,N各量子,位,位制备一,个,个初始叠,加,加态,，,，然后,进,进行变换,得,得到如下,叠,叠加态：,该叠加态,可,可以看作,是,是0,之,之间,所,所有整数,的,的一个叠,加,加态。,Feynman量,子,子计算机,Feynman量,子,子计算机,模,模型就像,是,是一个量,子,子版本的,组,组合逻辑,电,电路。假,设,设该电路,由,由K个逻,辑,辑门构成,，,，作用在m个量子,位,位。该电,路,路所要进,行,行的幺正,变,变换可以,用,用,，,，,，,，,Feynman量,子,子计算机,的,的Hamiltonian,算,算子定义,如,如下：,c是产生,算,算子，作,用,用是将令,状,状态转变,到,到1状态,，,，将1状,态,态转变成,空,空状态。a是消灭,算,算子，作,用,用是将1,转,转变成0,状,状态。,计算中，,通,通过周期,性,性测量程,序,序计数器,确,确定是否,完,完成K个,门,门的操作,，,，完成时,，,，m位量,子,子寄存器,的,的状态就,是,是所要获,得,得的结果,。,。,具体过程,：,：,1.使用,量,量子们电,路,路表示要,进,进行的计,算,算。利用,量,量子编译,方,方法，构,造,造出量子,电,电路。,2.确定,寄,寄存器的,大,大小。量,子,子寄存器,的,的位长要,能,能表示计,算,算中使用,的,的数据和,充,充当程序,计,计数器的,量,量子位。,3.初始化量,子,子寄存器，对,各,各状态进行编,码,码，是个状态,的,的初始几率相,等,等。,4.系统按照,薛,薛定鄂方程计,算,算，在计算过,程,程中周期的检,测,测程序计数器,，,，通过它判断,是,是否执行了k,个,个量子们。,量子加密比普,通,通的加密技术,更,更有优势。,普通加密：,窃听者可以通,过,过不安全通道,获,获取信息，进,行,行破解。,量子加密系统,量子通信的基,本,本原理基于量,子,子力学的海森,堡,堡,测,测不准原理。,任何微观粒子,都,都不可能被精,确,确的测量到，,任,任何对粒子状,态,态的测量都会,影,影响到粒子的,状,状态，从而使,且,且听着无法获,取,取真正的信息,。,。,量子计算机目,前,前还没有出现,，,，也仅有实验,室,室的原型系统,。,。,量子计算的并,行,行性使计算能,力,力大大增强，,有,有着良好的前,景,景，这也是许,多,多科学工作者,不,不懈的努力的,原,原因。,