量子信息技術(shù)

量子信息技術(shù)金亮物理學(xué)專業(yè)0310255付強材料物理專業(yè)0312621滿江偉物理學(xué)專業(yè)0310200多量子位系統(tǒng)

一個量子位是定義在二維復(fù)向量空間中的一個單位向量。經(jīng)典粒子組成的系統(tǒng)，其狀態(tài)空間的維數(shù)與粒子的數(shù)目呈線性增長關(guān)系，即：一般來說具有n個量子位的系統(tǒng)，其狀態(tài)空間由個基向量組成?？梢娏孔酉到y(tǒng)的狀態(tài)空間維數(shù)隨其粒子書的增長呈指數(shù)倍增長，即：

一個量子位狀態(tài)可表示成，對一個量子位進行一次測量之后，該量子位會塌陷到或者。但是測量之前并不能確定會塌陷到哪個狀態(tài)。當(dāng)有多個量子位構(gòu)成量子系統(tǒng)的時候，整個量子寄存器的狀態(tài)，就可以表示成這些量子位狀態(tài)的直積。其中，表示寄存器第i位的狀態(tài)。量子寄存器的狀態(tài)是一個疊加態(tài)，沒有對他進行測量時，他一不同德概率處在這些基本態(tài)中，一旦測量就發(fā)生坍塌為個態(tài)中的一個。圖靈機(DTM)圖靈機是為了方便計算機算法而常采用的計算模型。主要包括有窮的狀態(tài)集合Q，包括一個特殊的初始狀態(tài)和兩個特殊的停機狀態(tài)：和。運行是DTM輸入的是一個字符串，然后從頭掃描，直到當(dāng)前狀態(tài)為和時停止，相應(yīng)的輸出“是”和“不是”。量子圖靈機量子圖靈機是非確定性的圖靈機中的一種，運行這個圖靈機，任意時刻的狀態(tài)都可以用一個概率分布來描述。這些分布概率是時間t的函數(shù)。經(jīng)典的非確定性圖靈機雖然在某一步按照概率選擇一個后續(xù)步驟執(zhí)行，其他的均被拋棄；量子圖靈機按照一定的概率合成一個疊加態(tài)，作為量子圖靈機下一步所有可能的狀態(tài)都會被執(zhí)行。量子并行性如果一個線性變換作用于某個疊加態(tài)，他將會同時作用于該疊加態(tài)的所有基向量，并把所有基向量的作用結(jié)果進行疊加行成新的疊加態(tài)。用這種方法計算f（x），只需一次既可以同時計算出x取n個不同值時的結(jié)果。N各量子位制備一個初始疊加態(tài)，然后進行變換得到如下疊加態(tài)：該疊加態(tài)可以看作是0~之間所有整數(shù)的一個疊加態(tài)。Feynman量子計算算機Feynman量子計算算機模型就像像是一個量子子版本的組合合邏輯電路。。假設(shè)該電路路由K個邏輯輯門構(gòu)成，作作用在m個量量子位。該電電路所要進行行的幺正變換換可以用，，，，F(xiàn)eynman量子計算算機的Hamiltonian算子子定義如下：：c是產(chǎn)生算子子，作用是將將令狀態(tài)轉(zhuǎn)變變到1狀態(tài)，，將1狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成空狀態(tài)態(tài)。a是消滅滅算子，作用用是將1轉(zhuǎn)變變成0狀態(tài)。。計算中，通過過周期性測量量程序計數(shù)器器確定是否完完成K個門的的操作，完成成時，m位量量子寄存器的的狀態(tài)就是所所要獲得的結(jié)結(jié)果。具體過程：1.使用量子子們電路表示示要進行的計計算。利用量量子編譯方法法，構(gòu)造出量量子電路。2.確定寄存存器的大小。。量子寄存器器的位長要能能表示計算中中使用的數(shù)據(jù)據(jù)和充當(dāng)程序序計數(shù)器的量量子位。3.初初始化化量子子寄存存器，，對各各狀態(tài)態(tài)進行行編碼碼，是是個狀狀態(tài)的的初始始幾率率相等等。4.系系統(tǒng)按按照薛薛定鄂鄂方程程計算算，在在計算算過程程中周周期的的檢測測程序序計數(shù)數(shù)器，，通過過它判判斷是是否執(zhí)執(zhí)行了了k個個量子子們。。量子加加密比比普通通的加加密技技術(shù)更更有優(yōu)優(yōu)勢。。普通加加密：：竊聽者者可以以通過過不安安全通通道獲獲取信信息，，進行行破解解。量子加加密系系統(tǒng)量子通通信的的基本本原理理基于于量子子力學(xué)學(xué)的海海森堡堡測測不準(zhǔn)準(zhǔn)原理理。任何微微觀粒粒子都都不可可能被被精確確的測測量到到，任任何對對粒子子狀態(tài)態(tài)的測測量都都會影影響到到粒子子的狀狀態(tài)，，從而而使且且聽著著無法法獲取取真正正的信信息。。量子計計算機機目前前還沒沒有出出現(xiàn)，，也僅僅有實實驗室室的原原型系系統(tǒng)。。量子計計算的的并行行性使使計算算能