光量子计算及其算法实现.pdf

《光量子计算及其算法实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论义论文目光量子计算及其算法卖现作者姓名蔡东学科专业量子信物理陆勒阳教授潘建伟教授导师姓名二〇一五年五月完成时间博士学位论文光量子计算及其算法实现作者姓名：蔡昕东学科专业：量子信息物理学导师姓名：陆朝阳教授潘建伟教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeOpticalquantumcomputationan

2、drealizationofalgorithmsAuthor'sName:XindongCaiSpeciality：本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送

3、交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：签字日期：对‘叫摘要摘要本论文主要内容是基于多光子纠缠技术的量子计算的实验研宄。我们研宄了大数据时代背景下两个重要问题的光学实现方法：机器学习和线性方程组求解。机器学习是当前的一个研究热点，随着信息技术和计算机性能的不断提升，机器学习在数据处理和分析上扮演着越来越重要的角色；线性方程组

4、求解一直以来都是工程计算的重要部分，快速求解线性方程组是众多计算问题的核心。量子计算由于借助量子并行性以及纠缠等独特的量子特性，有着巨大的信息处理潜力，可以大大缩短计算时间。本论文就是围绕着这样的一个主题，研究了机器学习和线性方程组求解的量子算法的实验实现：通过对经典信息的量子编码和纠缠辅助操控，我们实现了向量内积和距离的快速运算，并演示了有指导性和无指导性的量子机器学习算法；通过对多个量子门的同时操控，我们实现了二维线性方程组的量子求解实验演示。另一方面，拓展信息的编码方式对于量子计算的实现，尤其是大数据信息编

5、码，也有着重要的意义。我们通过发展光子轨道角动量量子比特的操控技术和高效测量技术，首先实现了多光子轨道角动量纠缠，并实验实现了光子多自由度的量子隐形传输。光子轨道角动量在高维信息编码上有着巨大的发展潜力，将是未来量子计算中信息编码和辅助操控的重要助力。关键词：光学量子计算；多光子纠缠；线性方程组；机器学习；大数据；量子隐形传输；轨道角动量AbstractAbstractAmajorchallengeinthe"bigdata"ageisthatthedatasizegrowsexponentiallyfaster

6、thanthegrowthofclassicalcomputingresources.Therefore,alargenumberofcomputationtasksareintractableforclassicalcomputers.Quantumcomputerspromisetoprovideanexponentialspeedupovertheirclassicalcounterpartsforcertaintasks.Inthisdissertation,wedescribefirstexperime

7、ntaldemonstrationsofsolvingentanglement-basedmachinelearningtasksandsolvinglinearsystemsofequations,bothfundamentalinscienceandengineering,onaphotonicsquantumcomputerbycoherentcontrolofmultiphotonswithlinearoptics.Further,bydevelopinghigh-efficiencytechniqueo

8、fmanipulationandmeasurementoforbitalangularmomentumofphotons,werealizetheteleportationofmultipledegreesoffreedomofasinglephoton，目录目录第章绪论第章基本概念和技术基本概念量子态叠加原理和量子比特量子纠缠和量子隐形传输基本技术光子比特纠缠光子对的产