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《量子計(jì)算量子計(jì)算機(jī)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、.頁眉.量子計(jì)算機(jī)及其原理畢業(yè)論文1007034138理學(xué)院謝華學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：物理學(xué)學(xué)院：田瑞生專業(yè)：指導(dǎo)教師：2014年5月.頁腳.頁眉.摘要21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，傳統(tǒng)電子信息化的發(fā)展已經(jīng)見證了這個(gè)社會(huì)的發(fā)展。以半導(dǎo)體晶體管為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)，給了人們處理信息的極快速度使人類的生產(chǎn)能力越來越強(qiáng)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展一直按照摩爾定律向前發(fā)展，但是現(xiàn)在人們已慢慢發(fā)現(xiàn)了這種發(fā)展的極限。世界上越來越多的科學(xué)家開始尋找新的方法來試圖解決計(jì)算機(jī)發(fā)展的瓶頸。新興起來的包括生物計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等。量子信息學(xué)是建立在量子力學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)上，研究新型信息處理方法的一
2、門學(xué)科，包括量子通信、量子計(jì)算和量子密碼等幾個(gè)方面。量子計(jì)算機(jī)作為量子信息學(xué)的一個(gè)主要研究分支，是一類基于量子力學(xué)原理，可進(jìn)行高速并行數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，因此在許多復(fù)雜計(jì)算問題上能超越基于經(jīng)典物理原理的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，并且能夠存儲(chǔ)及處理量子信息的新型計(jì)算機(jī)。而量子計(jì)算正是研究如何建造這樣一種新型的量子計(jì)算機(jī)。理論上，量子計(jì)算機(jī)在很多方面優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī):一方面，經(jīng)典計(jì)算機(jī)芯片存在著進(jìn)一步集成的技術(shù)困難，尤其是散熱等突出的問題，限制了其計(jì)算速度，而這些問題都不存在于量子計(jì)算機(jī);另一方面，量子計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能解決的問題，比如大數(shù)分解等。因此，
3、量子計(jì)算機(jī)為計(jì)算機(jī)的發(fā)展開辟了一個(gè)新的天地。然而，量子計(jì)算的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，首先需要對(duì)量子體系進(jìn)行初始化，再對(duì)其進(jìn)行相干控制和操作，最終對(duì)存儲(chǔ)在量子體系中的信息進(jìn)行讀取。迄今為止，可用于量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)的物理體系主要有:核自旋、電子自旋、光子、離子阱、超導(dǎo)Josephson結(jié)等。其中電子自旋，由于其操作時(shí)間遠(yuǎn)小于核自旋(相差三個(gè)數(shù)量級(jí))，具有很大的優(yōu)勢(shì)，并存在著可擴(kuò)展的潛在發(fā)展趨勢(shì)。.頁腳.頁眉.目錄第一章緒論1.1引言1.2量子計(jì)算機(jī)的思想起源1.3內(nèi)容安排第二章量子計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)2.1量子力學(xué)基本假設(shè)2.2量子態(tài)的特性與描述2.3量子糾纏2.4量子信
4、息2.4.1量子比特2.4.2幺正變換2.4.3量子門第三章量子計(jì)算3.1量子計(jì)算算法3.2通用量子邏輯門3.3實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的基本條件3.4量子比特的退相干第四章量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)4.1量子比特的初態(tài)制備4.2量子比特的普適邏輯門操作4.3量子比特的測(cè)量第五章量子計(jì)算機(jī)的物理載體第六章量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的最新前沿總結(jié)與展望參考文獻(xiàn)致謝第一章緒論.頁腳.頁眉.1.1引言我們的時(shí)代是信息時(shí)代，信息科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)深入到社會(huì)的各個(gè)方面。信息科學(xué)的飛速發(fā)展，使經(jīng)典信息系統(tǒng)受到巨大的挑戰(zhàn)，從而誕生了由量子力學(xué)和信息科學(xué)形成的一門新興交叉學(xué)科——量子信息學(xué)。量子信
5、息基于量子特性而具有獨(dú)特的信息功能，在提高運(yùn)算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測(cè)精度等方面，具有突破現(xiàn)有經(jīng)典信息系統(tǒng)極限的能力。由于量子信息學(xué)潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值及重大的科學(xué)意義，不僅引起各國政府和科技界的廣泛關(guān)注，而且受到信息產(chǎn)業(yè)界和軍事部門的高度重視。因而量子信息科學(xué)作為目前最有吸引力的前沿領(lǐng)域之一，已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，量子信息技術(shù)將為人類帶來難以估量的影響。量子信息學(xué)主要包括量子通信和量子計(jì)算。本文簡(jiǎn)要介紹量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)的概念、類型、理論框架、發(fā)展?fàn)顩r及相關(guān)問題。在21世紀(jì)，誰在量子計(jì)算與量子通信上走在了世界前面，誰
6、就將成為世界信息技術(shù)規(guī)則的制定者，誰才能擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成為世界的領(lǐng)頭羊，這也就成為了我選擇做這方面論文的理由。1.2量子計(jì)算機(jī)的思想起源1996年，美國《科學(xué)》周刊科技新聞中報(bào)道，量子計(jì)算機(jī)引起了計(jì)算機(jī)理論領(lǐng)域的革命。同年，量子計(jì)算機(jī)的先驅(qū)之一，Bennett在英國《自然》雜志新聞與評(píng)論欄聲稱，量子計(jì)算機(jī)將進(jìn)入工程時(shí)代。目前，有關(guān)量子計(jì)算機(jī)的理論和實(shí)驗(yàn)正迅猛發(fā)展，那么，什么是量子計(jì)算機(jī)呢?理查德.P.費(fèi)曼最先在1982年指出，采用經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能以有效方式來模擬量子系統(tǒng)的演化。我們知道，經(jīng)典計(jì)算機(jī)與量子系統(tǒng)遵從不同的物理規(guī)律，用于描述量子態(tài)演化
7、所需要的經(jīng)典信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用來以同樣精度描述相應(yīng)的經(jīng)典系統(tǒng)所需的經(jīng)典信息量。量子計(jì)算則可以精確而方便地實(shí)現(xiàn)這種模擬，即便是采用少數(shù)量子比特的量子計(jì)算機(jī)也可以進(jìn)行有效的量子模擬，事實(shí)上人們已采用這種方法在簡(jiǎn)單情況下預(yù)言了量子體系的行為。1985年，英國牛津大學(xué)的研究人員戴維·多伊奇深入研究了量子計(jì)算機(jī)是否比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更有效率的問題。他首次在理論上描述出了量子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單模型——.頁腳.頁眉.量子圖靈機(jī)模型，研究了它的一般性質(zhì)，預(yù)言了它的潛在能力。但當(dāng)時(shí)的人們還不知道有什么具體的可求解問題，量子計(jì)算能比經(jīng)典計(jì)算更有優(yōu)越性。因此，一直到1993年為
8、止，關(guān)于量子計(jì)算的研究，其動(dòng)力還只是小的學(xué)術(shù)圈內(nèi)對(duì)量子計(jì)算問題的好奇心。1993年之后，情況發(fā)生了改變，美國Bell實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)家Peter.W.Sh
