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1、HUNANGUANGBODIANSHIDAXUEXUEBAO湖南广播电视大学学报量子算法与量子计算实验QuantumAlgorithmandExperimentsofQuantumComputation刘亚杰LIUYa-jie内容摘要: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)))大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
2、:核磁共振、腔与原子体系。关键词:量子算法量子计算量子比特纠缠中图分类号:O413文献标识码:A文章编号:1009-5152(06)02-061-03Abstract:Inthisthesis,severalbasicconceptionsofquantumcomputationareintroduced,suchasentanglement,quantumbit.Severalkindsofmainquantumalgorithmsareillustrated,suchasShoralgorithm-thequantum
3、algorithmforfactoring,Groversearch-thesearchforthedisorderingdatabase,Hoggsearch-highstructurizationsearch.Onthebasisofknowledgeofbasictheoriesofquantumcomputationcomputingandquantumalgo-rithm,twokindsofsystemswhichplayimportantroleintheexperimentofquantumcomputat
4、ionwasintroduced,Nuclearmagneticresonanceandcav-ityatomsystem.Keywords:QuantumalgorithmQuantumcomputationQuantumbitEntanglement作者简介:刘亚杰(1964)),男,湘潭广播电视大学讲师。湖南湘潭411000量子计算是量子物理与计算机科学交汇而生的一门新量子比特1>和0>之间存在着许多中间态,即1>和0>兴学科。它的出现实质上是量子物理学向物质、能量和信息1的不同迭加态,例如(0>+1>)表示一个两子
5、比特同时这三大领地的最后一块信息领域的进军。2一、量子计算的基本理论存储着0和1。因此,对于位数相同的n个比特,量子比特可1、纠缠以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。1935年,Schrdinger首先给出了纠缠态的定义:由空间对于两个量子比特的体系,其完备基由四个布尔态00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>、01>、10>和11>组成。考虑它们之间的迭加,我们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可以发现,10>+11>=1>á(0>+1>),这是由两两个粒子的纠缠量子态。个量子比特构
6、成的直积空间。而11>+00>或01>+1935年,Einstein,Podolsky和Rosen首先讨论了一个具10>则不能再写成直积形式。后面这种情况就是前面提到体的两粒子纠缠量子态。在这个著名的实验中,两粒子的纠的纠缠。对于一个处于纠缠状态的体系,我们不能确切地指缠量子态为:出其中某一个量子比特是处于1>还是0>。更一般的纠74=ED(a+b-c0)a4b4缠态是处于2n个布尔态的n个经典比特组成的迭加态。a,b11,1其中a,b分别为粒子1和粒子2的位置或动量,C0为74=ECxx4x=00,0常数。这个纠缠态的一
7、个最明显的特征是:其中任何一个子21其中Cx可以是复数并且满足ECx=1。当Cx=系统的物理量的观测值(位置或动量)都是不确定的。但是,xn2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时,称为等幅迭加态。这种等幅迭加态在以下要介绍的各量值,那么我们就可以确定另外一个子系统的相应物理量观测子算法中经常被用作初态。从上式也能看出,7>是一个值。2n维的Hilbert空间中的一个单位矢量。它所在空间的维数2、量子比特是随n呈指数型增长,这明显区别于经典体系中随n呈线性量子比特有微观体系表征,如原子、核自旋或光子等。增长的
8、态空间。1>和0>可以由原子的两个能级来表示,也可以由核自旋在一个孤立的量子体系中,对态的操作应是幺正的、可或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是,逆的。因此,我们构造的量子逻辑门也应满足这个特征。61XANDAIJIAOYUJISHU现代教育技术二、量子算法单调函数的根。运用量子并行计算可
