光量子计算机有逻辑门吗,量子计算机:对量子逻辑门的探讨

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光量子计算机有逻辑门吗,量子计算机:对量子逻辑门的探讨

量子计算机:对量子逻辑门的探讨

在分析了经典比特和量子比特的异同点之后,阐述了量子逻辑门的特点;然后具体

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量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子逻辑门是量子计算机的基本操作单元，量子计算机就是通过量子逻辑门来控制和操作量子态的演化和传递，进行量子信息处理的。在量子逻辑门的物理实现方面，已经进行了大量的研究工作，并有相当多的实验结果，但这些实验都是在小规模范围进行的，离大规模的有效量子计算(量子逻辑网络)需求还有一段距离。因此，寻找合适的物理系统进行有效的量子逻辑操作是实现量子计算机的关键。本论文主要从理论上研究了实现量子计算机的物理系统。在离子阱系统，腔量子电动力学(QED)系统和离子阱-光学腔系统中分别提出了制备一种重要的量子逻辑门-量子相位门的理论方案，并从保真度、成功几率和制备时间等角度论证了各方案的可行性。在离子阱系统中，提出了两个制备非常规几何相位门的方案。第一个方案利用了势阱离子与两束不同频率的激光相互作用，制备时间t= 2π/δ仅取决于参数δ，可通过选取参数使δ 2π来获...

(本文共113页)

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随着量子计算的发展,依赖计算安全的加密算法面临挑战,设计新型量子加密算法,是当前量子密码研究的重要方向之一。本文在总结国内外量子加密算法研究现状的基础上,阐述了量子加密的相关理论,对量子加密原理、传输协议及安全性进行了详细分析,通过归纳已有量子加密算法,发现了现有量子加密算法的不足。本文引入混沌序列,通过随机调用逻辑门组的方式对量子编码后的混沌密钥序列进行量子态转换,然后与量子态明文进行异或操作实现量子加密,通过模拟实验进行了全面验证。完成的主要工作如下:1.总结量子加密的研究现状,梳理了量子加密算法涉及的量子计算、量子加密传输、量子密钥分发以及基于经典密钥和基于量子密钥的量子加密算法,分析了现有算法的不足。2.提出了基于混沌序列和量子逻辑门组的加密算法。分析了量子门操作构造和量子逻辑门加密控制的基本原理,对量子逻辑门组的纠缠特性和纠缠量子态的门操作进行了研究,基于纠缠态操作机理,利用量子逻辑门组对混沌密钥序列进行转换,然后用量...

(本文共60页)

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量子计算作为一种新型的信息处理方式,利用量子力学的原理,能够有效处理如大数分解等很多经典计算难以解决的问题。要实现实用的大规模量子计算,需要通过纠错编码的方式实现容错量子计算,这要求实现的量子逻辑门的保真度高于某个容错阈值。容错阈值对量子逻辑门的保真度的要求是很苛刻的,以surface code为例,一般认为其要求量子逻辑门的保真度需达到0.99以上。而物理体系的量子特性极易受到噪声的影响,如何在噪声影响下实现高保真度的量子逻辑门,成为很多体系实现量子计算的一个重大挑战。我们基于量子计算的一个重要候选体系——金刚石NV色心,实验研究能够抑制噪声进而实现高保真度量子逻辑门的方法,并在金刚石NV色心体系实现了保真度高达0.99995的单比特量子逻辑门和保真度0.992的两比特量子逻辑门。这些量子逻辑门保真度不仅达到了 surface code对保真度的阈值要求,而且是目前为止固态自旋体系量子逻辑门保真度的最高水平。本论文的主要内容是...

(本文共147页)

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近二十年来，量子计算机的研究日益受到人们的关注，主要是因为量子计算机具有强大的并行计算能力和可以有效地模拟量子行为的能力，这是经典计算机望尘莫及的。在量子计算的研究中，量子逻辑门和量子态传递是进行规模化量子计算，特别是分布式量子计算的基本要素。另一方面，运用量子计算的现有技术手段进行量子模拟是量子计算研究的一个重要方面，它对发现微尺度物质新物理、纳米材料等研究有着非凡意义。本文在量子光学系统中针对量子计算与量子模拟的理论研究，重点探讨了如何实现可扩展的量子逻辑门和不同节点间的量子态传递，以及用较易操控的量子系统模拟量子自旋系统的动力学问题。主要结果和创新点如下：一，在腔QED系统中，提出了一种实现原子-光子量子接口的新方案。该方案利用光子诱发电磁感应透明现象，获得了腔内原子和入射光子脉冲之间的控制非门，从而实现了原子与光子之间的量子接口，并推广到空间分离的原子之间以及两束单光子脉冲之间的控制非门。量子接口及空间分离量子位之间的逻...

(本文共110页)

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量子信息是由量子力学与信息科学交叉产生的一门新兴学科。经过二十多年的发展，人们已取得了一系列重要突破，使得该学科已成为当前国际前沿热点课题之一。量子信息主要包括量子计算和量子通信，它具有许多经典信息手段所无法比拟的优越性。因此，量子信息将为信息科学的发展开辟新的道路。同时，它也会极大推动量子力学理论的向前发展。量子态是量子信息的载体，因此量子信息主要的研究目标实质上就是对量子态的制备与操纵。本文中，我们通过探索，提出了一些对量子态操纵的具体理论方案。其主要的进展包括：1、基于“势阱离子+腔场”作用模型，提出了一种实现基本量子逻辑变换的理论方案。与相关文献不同的是：在我们的方案中，离子内态和腔场态分别作为目标比特和控制比特，而离子运动态作为辅助比特。并且我们将上述方案做了推广，即在不考虑Lamb-Dicke近似的前提下，重新构造了基本的量子逻辑运算。结果表明，推广后的方案更易为实验所实现。2、基于V型三能级原子与腔场Raman相互...

(本文共57页)

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