量子算法与量子计算实验

量子算法与量子计算实验

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1、交通局2005年度绩效评估工作方案范文县交通局〜年度绩效评纠缠论文摘要:本文介绍了量子计算纠缠和量子比特的基本概念,系统阐述了几种主要的量子算法:Shor算法数质因子分解的量子算法;Grover搜索无序数据库的搜索;Hogg搜索高度结构化搜索。在对量子计算基本理论和量子算法有一定认识的基础上,进一步介绍了在量子计算实验方面起重要作用的二种体系:核磁共振、腔与原子体系。Abstract:Inthisthesis,severalbasicconceptionsofquantumcomputationareintroduced,suchasentanglement,qu

2、antumkindsofmainquantumalgorithmsareillustrated,suchasShoralgorithm-thequantumalgorithmforfactoring,Groversearch-thesearchforthedisorderingdatabase,Hoggsearch-highstructurizationthebasisofknowledgeofbasictheoriesofquantumcomputationcomputingandquantumalgo2rithm,twokindsofsystemswhichp

3、layimportantroleintheexperimentofquantumcomputationwasintroduced,Nuclearmagneticresonanceandcavityatomsystem.Keywords:QuantumalgorithmQuantumcomputationQuantumbitEntanglemerit量子计算是量子物理与计算机科学交汇而生的一门新兴学科。它的出现实质上是量子物理学向物质、能量和信息这三大领地的最后一块信息领域的进军。一、量子计算的基本理论1、纠缠1935年,Schrdinger首先给出了纠缠态的定义:

4、由空间分离的两个子系统构成的纯态,如果系统波函数不能分解为两个子系统波函数的乘积,那么这样的波函数表示的态称作两个粒子的纠缠量子态。1935年,Einstein,Podolsky和Rosen首先讨论了一个具体的两粒子纠缠量子态。在这个著名的实验中,两粒子的纠缠量子态为:IW〉=Za,b5(a+b-cO)

5、a

6、b〉其中a,b分别为粒子1和粒子2的位置或动量,CO为常数。这个纠缠态的一个最明显的特征是:其中任何一个子系统的物理量的观测值(位置或动量)都是不确定的。但是,如果其中的一个子系统的物理量的观测值处于一个确定的值,那么我们就可以确定另外一个子系统的相应物理量观

7、测值。2、量子比特量子比特有微观体系表征,如原子、核自旋或光子等。

8、1〉和

9、0〉可以由原子的两个能级来表示,也可以由核自旋或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是,量子比特11>和10>之间存在着许多中间态,即11〉和10〉的不同迭加态,例如12(

10、0〉+

11、1〉)表示一个两子比特同时存储着0和1。因此,对于位数相同的n个比特,量子比特可以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。对于两个量子比特的体系,其完备基由四个布尔态

12、00〉、

13、01〉、

14、10〉和

15、11>组成。考虑它们之间的迭加,我们可以发现,I10〉+

16、11〉=

17、1〉(

18、0>+

19、1>),这是由两个量子比

20、特构成的直积空间。而

21、11〉+

22、00>或

23、01>+

24、10>则不能再写成直积形式。后面这种情况就是前面提到的纠缠。对于一个处于纠缠状态的体系,我们不能确切地指出其中某一个量子比特是处于

25、1〉还是

26、0〉。更一般的纠缠态是处于2n个布尔态的n个经典比特组成的迭加态。

27、屯〉=E11…lx=00*"0Cx

28、X>其中Cx可以是复数并且满足Ex

29、Cx

30、2=l。当Cx=12n时,称为等幅迭加态。这种等幅迭加态在以下要介绍的各量子算法中经常被用作初态。从上式也能看出,I屯〉是一个2n维的Hilbert空间中的一个单位矢量。它所在空间的维数是随n呈指数型增长,这明显区别于经典体系中随

31、n呈线性增长的态空间。在一个孤立的量子体系中,对态的操作应是么正的、可逆的。因此,我们构造的量子逻量子比特有微观体系表征,如原子、核自旋或光子等。

32、1〉和

33、0〉可以由原子的两个能级来表示,也可以由核自旋或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是,量子比特11>和10>之间存在着许多中间态,即11〉和10〉的不同迭加态,例如12(

34、0〉+

35、1〉)表示一个两子比特同时存储着0和1。因此,对于位数相同的n个比特,量子比特可以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。对于两个量子比特的体系,其完备基由四个布尔态

36、00〉、

37、01〉、

38、10〉和

39、11>组成。考虑它们之间的迭

40、加,我们可

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