量子信息技術

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

一個量子位是定義在二維復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)。當有多個量子位構成量子系統(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，直到當前狀態(tài)為和時停止，相應的輸出“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。。假設該電路路由K個邏輯輯門構成，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)轉變變到1狀態(tài)，，將1狀態(tài)轉轉變成空狀態(tài)態(tài)。a是消滅滅算子，作用用是將1轉變變成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結果。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學的海海森堡堡測測不準準原理理。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