量子計算機_量子算法與物理實現(xiàn)

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1、萬方數(shù)據(jù)CN43—1258／TP計算機工程與科學2012年第34卷第8期ISSN1007—130XCOMPUTERENGINEERING＆SCIENCEV01．34，No．8，2012文章編號：1007—130X(2012)08—0032—12量子計算機：量子算法與物理實現(xiàn)QuantumComputers：AlgorithmsandFANG(SchoolofComputerPhysicalImplementations方糧。劉汝霖，湯振森。隋兵才，池雅慶Liang，LIURu-lin，TANGZhen—

2、sen，SUIBing。cai，CHIYa‘qing(國防科學技術大學計算機學院。湖南長沙410073)Science。NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)摘要：量子算法與物理實現(xiàn)是量子計算機研究中的兩個基本問題。本文首先總結(jié)了相關領域的主要進展，并討論了有代表性的量子算法，特別介紹了用于求解線性方程組的量子算法，分析了影響新量子算法提出的因素。然后，探討了物理實現(xiàn)的迪文森佐判據(jù)，并介紹了典型的實現(xiàn)方案及性能比較。同時，也

3、關注了對量子計算機研究持有異議的觀點。最后，對量子計算機的新研究方向作了探討。Abstract：Quantumalgorithmsandphysicalimplementationsaretwobasicproblemsintheresearchofquantumcomputers．First，wesummarizethemajorprogressintherelativeareas，anddiscusssomerepresentativeexamplesofquantumalgorithms，espe

4、ciallytheoneforsolvingsystemsoflinearequa—tions．Theimpactfactorsonproposingnewquantumalgorithmsarealsoanalyzed．Then，theDiVincenzocriteriaarediscussed，alonewithsometypicalpracticalimplementationsandtheirperformancecompari—son．Additionally，theviewpointsfro

5、mtheenemycampaboutquantumcomputersarealsoconcerned．Fi—nally，weinvestigatesomenewresearchdirections．關鍵詞：量子計算機；量子算法；量子比特；離子阱；量子隨機游走；Majorana費米子；拓撲量子計算Keywords：quantumcomputer；quantumalgorithm；quantumbit(qubit)；ionwell；quantumrandomwalking；MajoranaFermion；t

6、opologicalquantumcomputer1doi：10．3969／j．issn．1007—130x．2012．08．005中圖分類號：TP385文獻標識碼：A引言量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律存儲量子信息、實現(xiàn)量子計算的物理裝置。它的特點可歸結(jié)為：(1)量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常非正交；(2)量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換；(3)量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結(jié)果。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)，稱為量子比特

7、，即Qubit。量子比特I9)一do>+口I1)可以是10>態(tài)和I1>態(tài)的任意組合，其中a和口分別代表相干疊加態(tài)中的比例系數(shù)。基于量子相干效應，滿足口2+_82—1條件的系數(shù)取值有無窮多組，因此量子比特所代表的信息得以大大豐富。量子比特的構(gòu)成可以利用光子的偏振，也可以利用被捕獲離子(或原子)的能級，還可以利用超導線路(其中包括Cooper對，以及與環(huán)流方向相關的左／右旋環(huán)流的收稿Et期：20ll—04—28；修訂日期：201卜06—1l基金項目：國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體科學基金資助項目(609210

8、62)通訊地址：410073湖南省長沙市國防科學技術大學計算機學院Address：SchoolofComputerScience，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha，Hunan410073，P．R．China萬方數(shù)據(jù)方糧等：量子計算機：量子算法與物理實現(xiàn)33疊加態(tài))。量子疊加性和量子相干性是量子計算最本質(zhì)的特征。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算