量子通信与量子计算.ppt

量子信息学，是一门利用微观粒子的量子 力学原理来解决经典信息学和经典计算机所不能解决的问题的学科，因此量子信息学是量子力学和信息学的交叉科学。 量子信息学最重要的两个应用方向是量子通信和量子计算。 量子信息学涉及的领域： 1）物理学 量子态的描述，传输和控制 2）信息科学 量子信息的编码、传输、处理 量子计算机的组织、结构 量子通信设备的系统、结构 3）数学 量子信息描述、运算 研究状况 1982年，Paul Bennooff提出量子计算机的假设 1985年，D.Deutsh构造了量子计算机模型 1992年，C.H.Bennett提出量子信道传送经典信息的可能性 1993年，S．Lloyd证明了二元量子逻辑门的通用性。 1993年，C.H.Bennett发表了量子测量、量子信息提取、量子信道、信道容量的开创性的研究成果。 1994年 Peter shor提出量子快速分解算法 1995年 Peter shor 提出量子纠错编码 量子计算机 自第一台电子计算机问世以来，构想能够超越传统所谓图灵机的计算模型，便是许多科学家努力的梦想。第一位提出此概念的是美国阿冈国家实验室的Paul Benioff，认为利用量子物理的二能态系统模拟数位0与1，可以设计出更有效能的计算工具。此概念稍后又经Feynman的引深，使得有更多的物理学家注意到量子力学与计算科学之间的关联。直到1985年，在英国牛津的物理学家David Deutsch发表的一篇论文，量子图灵机才正式开始具有数学形式。  量子并行计算的能力来自于 量子态的可叠加性， 是量子信息理论应用的一个重要分支。  量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当 于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并 按一定的概率振幅叠加起来，最终给出量子计算机 的输出结果，以这种方式实现的信息处理叫量子并 行处理。量子并行处理大大提高了量子计算机的效 率，使得其可以完成经典计算机很难完成的工作。 问题的计算时间若以计算项数幂次上升的计算量完成，我们称此问题为P -问题（P 为英文多项式Polynomial 的第一字母），包含所有此类问题的集合以 P 表示。 NP 是英文 nondeterministic polynomial 的缩写，意思就是（时间）非确定性的多项式。 经典计算中存在着一大类NP 问题。这类 问题在经典计算机上是不能计算的，但是量子计算可以把其中的一部分NP 问题变成 P 问题，即问题的复杂度随着比特位数的增长 以多项式数量级上升。这类问题原则上是可 以计算的。 一个具体的例子就是大因数分解，按经 典计算复杂性理论，这个问题不存在有效算 法，所以被利用来进行经典密钥分配。但是 如果用量子计算机结合Shor 量子算法，这个 问题就变成了P 问题。 例如，为了对一个400 位的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级计算机将耗时 上百亿年 这几乎等于宇宙的整个寿命；而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机只需要大约 一分钟 Shor 量子算法 1994 年Shor 等人提出了一种大因数分解的量子多项式算法，引起了轰动。 Shor算法的核心是 1。 利用数论中的一些定理，将大数因子分解转化为求某个函数的周期。 2。 通过对储存器中的纠缠态实施 “量子傅立叶变换”， 从而完成经典计算机无法完成的大数因子分解。 原子和光腔相互作用 冷阱束缚离子 电子或核自旋共振 量子点操纵 超导量子干涉 * * 量子通信 与 量子计算 光信息科学与技术 0310190 李震 光信息科学与技术 0310326 黄章超 一门新兴学科—— 量子信息学 量子信息 量子信息就是利用微观粒子状态表示的 信息。量子信息的载体可以是任意两态的 微观粒子系统。例如光子具有两个不同的 线偏振态或椭圆偏振态；恒定磁场中原子 核的自旋；具有二能级的原子、分子或离 子；围绕单一原子旋转的电子的两个状态 等。这些微观粒子构成的系统都是只有量 子力学才能描述的微观系统。 用具有两个电子层面的