資源描述：
《量子算法與量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)-【物理學(xué)畢業(yè)論文開題報(bào)告】》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、物理學(xué)論文-量子算法與量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)論文關(guān)鍵詞:量子算法量子計(jì)算量子比特糾纏論文摘要:本文介紹了量子計(jì)算糾纏和量子比特的基本概念，系統(tǒng)闡述了兒種主要的量子算法:Shor算法大數(shù)質(zhì)因子分解的量子算法;Grover搜索一一一無序數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索;Hogg搜索高度結(jié)構(gòu)化搜索。在對(duì)量子計(jì)算基本理論和景子算法有一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹了在景子計(jì)算實(shí)驗(yàn)方面起重要作用的二種體系:核磁共振、腔與原子體系。Abstract:Inthisthesis,severalbasicconceptionsofquantumcomputationarcintroduccd，suchas
2、entanglementquantumbit.Severalkindsofmainquantumalgorithmsareillustrated,suchasShoralgorithm-thequantumalgorithmforfactoring,Groversearch-1hesearchforthedisorderingdatabase,Hoggsearch-highstructurizationsearch.Onthebasisofknowledgeofbasictheoriesofquantumcomputationcomputingandqu
3、antumalgo2rithm,twokindsofsystemswhichplayimportantroleintheexperimentofquantumcomputationwasintroduccd,Nuclearmagneticresonanceandcavityatomsystem.Keywords:QuanturnalgorithmQuantumcomputationQuantumbitEntanglement量子計(jì)算是量子物理與計(jì)算機(jī)科學(xué)交匯而生的一門新興學(xué)科。它的出現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是量子物理學(xué)向物質(zhì)、能量和信息這三大領(lǐng)地的最后一塊信息領(lǐng)域的進(jìn)軍
4、。一、量子計(jì)算的基本理論1、糾纏1935年，Schrdinger首先給出了糾纏態(tài)的定義:由空間分離的兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的純態(tài)，如果系統(tǒng)波函數(shù)不能分解為兩個(gè)子系統(tǒng)波函數(shù)的乘積，那么這樣的波函數(shù)表示的態(tài)稱作兩個(gè)粒了?的糾纏量了?態(tài)。1935年，Einstein,Podo1sky和Rosen首先討論了一個(gè)具體的兩粒子糾纏量子態(tài)。在這個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)中，兩粒子的糾纏量子態(tài)為:IW〉=Xa,b5(a+b-cO)Ialb〉其中a，b分別為粒子1和粒子2的位置或動(dòng)量，CO為常數(shù)。這個(gè)糾纏態(tài)的一個(gè)最明顯的特征是:其中任何一個(gè)子系統(tǒng)的物理量的觀測(cè)值(位置或動(dòng)量)都是不確定的。但是
5、，如果其中的一個(gè)子系統(tǒng)的物理量的觀測(cè)值処于一個(gè)確定的值,那么我們就可以確定另外一個(gè)子系統(tǒng)的相應(yīng)物理量觀測(cè)值。2、量子比特量子比特有微觀體系表征，如原子、核自旋或光子等。11>和10>可以由原子的兩個(gè)能級(jí)來表示，也可以由核自旋或光子的不同極化方向來表征。與經(jīng)典比特顯著不同的是，量子比特11〉和10〉之間存在著許多中間態(tài)，即11〉和10〉的不同迭加態(tài)，例如12(10>+11>)表示一個(gè)兩子比特同時(shí)存儲(chǔ)著0和1。因此，對(duì)于位數(shù)相同的n個(gè)比特，量子比特可以存儲(chǔ)2n倍的經(jīng)典比特所能存儲(chǔ)的信息。對(duì)于兩個(gè)量子比特的體系，其完備基由四個(gè)布爾態(tài)100〉、101〉、丨10〉
6、和丨11〉組成?？紤]它們之間的迭加，我們可以發(fā)現(xiàn)，110>+111>=11>(10>+11?，這是由兩個(gè)量子比特構(gòu)成的直積空間。而11100>或101〉+110>則不能再寫成直積形式。后面這種情況就是前面提到的糾纏。對(duì)于一個(gè)処于糾纏狀態(tài)的體系，我們不能確切地指出其中某一個(gè)量子比特是処于11〉還是10〉。更一般的糾纏態(tài)是処于2n個(gè)布爾態(tài)的n個(gè)經(jīng)典比特組成的迭加態(tài)。丨W〉=Z11…lx=00-0Cxlx〉其中Cx可以是復(fù)數(shù)并且滿足ZxlCxl2=l。當(dāng)Cx=12n時(shí)，稱為等幅迭加態(tài)。這種等幅迭加態(tài)在以下要介紹的各量子算法中經(jīng)常被用作初態(tài)。從上式也能看出，IW
7、〉是一個(gè)2ri維的Hilbert空間中的一個(gè)單位矢量。它所在空間的維數(shù)是隨n呈指數(shù)型增長(zhǎng)，這明顯區(qū)別于經(jīng)典體系中隨n呈線性增長(zhǎng)的態(tài)空間。在一個(gè)孤立的量子體系中，對(duì)態(tài)的操作應(yīng)是幺正的、可逆的。因此，我們構(gòu)造的量子邏輯門也應(yīng)滿足這個(gè)特征。二、量子算法1、Shor算法大數(shù)質(zhì)因子分解的量子算法用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來進(jìn)行大數(shù)質(zhì)因子分解，隨著N的增大，所需比特?cái)?shù)(即內(nèi)存)是呈指數(shù)倍的增長(zhǎng)。按照組合數(shù)學(xué)理論，當(dāng)計(jì)算規(guī)模隨著問題的難度呈多項(xiàng)式型增長(zhǎng)時(shí)，該問題為Pfolynonual)問題。對(duì)于P問題，我們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)總能找到辦法求得它的解。對(duì)于我們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)不可能找到辦法
8、求得解的問題稱之為NP(Non-Polynomial)問題。目前世界上應(yīng):用最廣
