量子信息技术

量子信息技术金亮物理学专业0310255付强材料物理专业0312621满江伟物理学专业0310200多量子位系统一个量子位是定义在二维复向量空间中的一个单位向量。经典粒子组成的系统，其状态空间的维数与粒子的数目呈线性增长关系，即：dim(*)dim()dim()XYXY一般来说具有n个量子位的系统，其状态空间由个基向量组成。可见量子系统的状态空间维数随其粒子书的增长呈指数倍增长，即：dim(*)dim()*dim()XYXY2n一个量子位状态可表示成，对一个量子位进行一次测量之后，该量子位会塌陷到或者。但是测量之前并不能确定会塌陷到哪个状态。当有多个量子位构成量子系统的时候，整个量子寄存器的状态，就可以表示成这些量子位状态的直积。|0|1ab|0|1(1)(2)()||||n11220101(|0|1)(|0|1)01(|0|1)nn1212000001()|000()|001nn12111()|111n210|niii()|(1,2,,)iin其中，表示寄存器第i位的状态。量子寄存器的状态是一个叠加态，没有对他进行测量时，他一不同德概率处在这些基本态中，一旦测量就发生坍塌为个态中的一个。2n图灵机(DTM)图灵机是为了方便计算机算法而常采用的计算模型。主要包括有穷的状态集合Q，包括一个特殊的初始状态和两个特殊的停机状态：和。运行是DTM输入的是一个字符串，然后从头扫描，直到当前状态为和时停止，相应的输出“是”和“不是”。0qyqnqnqyq量子图灵机量子图灵机是非确定性的图灵机中的一种，运行这个图灵机，任意时刻的状态都可以用一个概率分布来描述。这些分布概率是时间t的函数。经典的非确定性图灵机虽然在某一步按照概率选择一个后续步骤执行，其他的均被抛弃；量子图灵机按照一定的概率合成一个叠加态，作为量子图灵机下一步所有可能的状态都会被执行。量子并行性如果一个线性变换作用于某个叠加态，他将会同时作用于该叠加态的所有基向量，并把所有基向量的作用结果进行叠加行成新的叠加态。用这种方法计算f（x），只需一次既可以同时计算出x取n个不同值时的结果。N各量子位制备一个初始叠加态，然后进行变换得到如下叠加态：|00021011(|000|001|111)22nnnxx该叠加态可以看作是0~之间所有整数的一个叠加态。21nFeynman量子计算机Feynman量子计算机模型就像是一个量子版本的组合逻辑电路。假设该电路由K个逻辑门构成，作用在m个量子位。该电路所要进行的幺正变换可以用，，Feynman量子计算机的Hamiltonian算子定义如下：kA1kA1A111110[..(..)]kiiiiiiiHcacaAAc是产生算子，作用是将令状态转变到1状态，将1状态转变成空状态。a是消灭算子，作用是将1转变成0状态。0010c0100a计算中，通过周期性测量程序计数器确定是否完成K个门的操作，完成时，m位量子寄存器的状态就是所要获得的结果。具体过程：1.使用量子们电路表示要进行的计算。利用量子编译方法，构造出量子电路。2.确定寄存器的大小。量子寄存器的位长要能表示计算中使用的数据和充当程序计数器的量子位。3.初始化量子寄存器，对各状态进行编码，是个状态的初始几率相等。4.系统按照薛定鄂方程计算，在计算过程中周期的检测程序计数器，通过它判断是否执行了k个量子们。量子加密比普通的加密技术更有优势。普通加密：窃听者可以通过不安全通道获取信息，进行破解。量子加密系统量子通信的基本原理基于量子力学的海森堡测不准原理。任何微观粒子都不可能被精确的测量到，任何对粒子状态的测量都会影响到粒子的状态，从而使且听着无法获取真正的信息。量子计算机目前还没有出现，也仅有实验室的原型系统。量子计算的并行性使计算能力大大增强，有着良好的前景，这也是许多科学工作者不懈的努力的原因。