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《量子計算機理論中的量子疊加和量子糾纏》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第19卷增刊原子核物理評論Vol119,Supp.2002年7月NuclearPhysicsReviewJuly,2002文章編號:1007—4627(2002)增刊—0162—04量子計算機理論中的量子疊加和量子糾纏周奇年(浙江工程學院,浙江杭州310033)摘要:討論了量子計算、量子通訊與量子計算機中的核心問題:量子疊加和量子糾纏.從量子態(tài)表示量子信息為出發(fā)點,指出有關(guān)量子信息的所有問題都可采用量子力學理論來處理.其中信息的演變遵從薛定諤方程,信息的傳輸就是量子態(tài)在量子通道中的傳送,信息處理就是量子態(tài)的幺正變換,信息提取則是對量子系統(tǒng)實行量子測量
2、.關(guān)鍵詞:量子計算機;量子態(tài);量子比特;量子疊加;量子糾纏中圖分類號:O413.1文獻標識碼:A1引言算機“無法破譯”的密碼.這是一個革命性突破,顯示了量子計算的效率可以遠遠超過現(xiàn)代計算機.從在人類剛剛跨入21世紀之際,信息科學面臨1994年起,計算機科學和物理學間的跨學科研究突著新的挑戰(zhàn).計算機是否存在極限的運算速度、集飛猛進,Science,Nature,PhysicsReviewLetters等著成化可以達到何種程度?能否實現(xiàn)不可破譯、不可名科學期刊上發(fā)表了大量的量子計算和信息方面的竊聽的保密通信?諸如此類的問題一直是數(shù)學家和理論與實驗的研究工
3、作.此外,關(guān)于量子邏輯門、電子技術(shù)專家以及計算機科學家們關(guān)注的重要課量子電路等許多設(shè)計方案不斷涌現(xiàn),使得量子計算題.近年來,物理學家也加入到這個研究行列,他的理論和實驗研究蓬勃發(fā)展.們成功地將量子理論和信息科學結(jié)合起來,提出許多令人耳目一新的概念、原理和方法,于是“量子信2量子態(tài)及疊加息”和“量子計算”作為新興的學科分支便應運而生.現(xiàn)有的經(jīng)典信息以比特作為信息單元.從物理當前量子計算機、量子通信以至于量子密碼技術(shù)等角度講,比特是個兩態(tài)系統(tǒng),它可以制備為兩個可已經(jīng)成為研究熱點,并取得重要進展.20世紀80識別狀態(tài)中的一個,如是或非,真或假,0或1.在年
4、代初期,Benioff首先提出了量子計算的思數(shù)字計算機中電容器平板之間的電荷可表示信息比[1—3]想,他設(shè)計了一臺可執(zhí)行的、有經(jīng)典類比的量特,有電荷代表1,無電荷代表0.量子信息的單元子Turing機———量子計算機的雛形.此后不久,稱為量子比特(qubit),滿足Feynman發(fā)展了Benioff的設(shè)想,提出量子計算機可[4,5]
5、ψ〉=C1
6、0〉+C2
7、1〉,以模擬量子系統(tǒng);Deutsch提出基于量子干涉的22計算機模型以及“量子邏輯門”這一新概念,并指出
8、C1
9、+
10、C2
11、=1.(1)量子計算機可以通用化、量子計算錯誤的產(chǎn)生和糾它是兩個邏輯態(tài)的疊
12、加態(tài),這就是量子系統(tǒng)與經(jīng)典[6,7]正等問題,并由Zurek作了深入的分析和研究.系統(tǒng)的一個最大區(qū)別,即它可以處于多個不同態(tài)的1993年,Lloyd指出許多物理系統(tǒng)可用于研制量子疊加態(tài).假定一個原子只有兩個可能的量子態(tài)
13、0〉和計算機,且在一定情況下能避免Landauer提出的問
14、1〉,這個原子既可以只處于態(tài)
15、0〉或者態(tài)
16、1〉,也題.1994年計算機科學家PeterShor給出了第一個大可以處于態(tài)
17、0〉和態(tài)
18、1〉的疊加態(tài),后者的意義是數(shù)因子分解的量子算法,它能在幾秒內(nèi)破譯常規(guī)計原子可以同時處于態(tài)
19、0〉和態(tài)
20、1〉.量子系統(tǒng)這種奇收稿日期:20022022
21、27;修改日期:20022052313基金項目:浙江工程學院留學人員(017272E);引進基金資助項目作者簡介:周奇年(1957-),男(漢族),甘肅山丹人,副教授,從事計算機科學及原子與分子物理領(lǐng)域的研究.增刊周奇年等:量子計算機理論中的量子疊加和量子糾纏·163·特性質(zhì)正是量子信息與量子計算的基礎(chǔ).經(jīng)典比特的是想說明在承認局域性和實在性的前提下,量子可以看成是量子比特的特例(如C1=0,C2=1或力學描述是不完備的.C1=1,C2=0).用量子態(tài)來表示信息是量子信息那么,什么樣的量子態(tài)才算是糾纏態(tài)呢?對于的出發(fā)點,有關(guān)信息的所有問題都必須采用量
22、子力一個由N個子系統(tǒng)構(gòu)成的復合系統(tǒng),如果系統(tǒng)的密學理論來處理,信息的演變遵從薛定諤方程,信息度矩陣不能寫成各個子系統(tǒng)的密度矩陣的直積的線的傳輸就是量子態(tài)在量子通道中的傳送,信息處理性疊加形式,則這個復合系統(tǒng)就是糾纏的.如:考慮(計算)就是量子態(tài)的幺正變換,信息提取便是對量體系A(chǔ)和B組成的二體系,設(shè)A的一組力學量完全子系統(tǒng)實行量子測量.在實驗中任何兩態(tài)的量子系集的共同本征態(tài)記為
23、n〉,n代表一組完備量子統(tǒng)都可以用來制備成量子比特,常見的有:光子的數(shù),B的一組力學量完全集的共同本征態(tài)記為
24、v〉,正交偏振態(tài)、電子或原子核的自旋、原子或量子點v代表另一組完備
25、量子數(shù),則
26、n〉A(chǔ)
27、v〉B(直積形式,的能級、任何量子系統(tǒng)的空間模式等.簡記為
28、n〉A(chǔ)
29、v〉B)可以作為復合
