量子计算的发展课件.doc

量子计算的发展 摘要：量子计算是量子力学的新进展,它是一种和传统的计算方式迥然不同的新型计算.其概念是全新的,它将使计算技术进入一种前所未有的新境界。对于某些问题,量子计算机可以达到常规计算机不能达到的解题速度.量子计算机可以解决常规计算机不能解决的某些问题量子计算由于其强大的并行计算能力和可以有效的模拟量子行为的能力而日益受到人们的关注。本文介绍了量子计算的含义以及对于未来量子计算的发展前景。引言 1 1基本概念 1 1.1量子计算 2 1.2量子计算机 2 1.3量子位 3 2.量子计算的原理 3 2.1量子叠加性 3 2.2 量子纠缠 4 3. 量子计算的发展 5 3.1中期发展 5 3.2发展前景 5 量子计算的发展 引言 自MaxPlanck在1900年提出量子假说以来,量子力学给人类生活带来翻天覆地的变化,改变了经典物理学对世界的认知方式。量子计算和量子计算机概念起源于著名物理学家Feynman，是他在1982年研究用经典计算机模拟量子力学系统时提出的。1985年Deutsch提出第一个量子计算模型即图灵机，量子计算才开始具备了数学的基本型式量子位是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于0”态就是处于1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于0”态叠加态是0” 态和1”态的任意线性叠加，它既可以是0” 态又可以是1”态，0”态和1”态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出0”态或1”态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态和第激发态质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圆偏振光的左旋和右旋等。 个数字，且一个量子态可以代表所有存储的数字。3个量子位存储器可以同时存储个不同数字，依次类推，对于n位的量子存储器而言，它可以同时存储个不同的数字(态)，在量子力学中，对n个量子位的寄存器的一般态可表示为。在此态中，量子寄存器同时具有种可能的值，也就是说，我们对其进行一次操作，就相当于对经典计算机的次操作。这种计算效果就是所谓的量子并行计算。因此，用量子态代替经典态的量子并行计算，可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能。意即量子计算机可以节省大量的运算资源。 量子态具有不可克隆性,而且量子叠加态在测量时出现坍缩,如果将这些特性用于通信,则可完全避免窃听.所以,量子信息技术非常适合于必威体育官网网址通信[77, 78].已经通过光纤实现了48公里的密码通信. 2.2 量子纠缠 所谓“纠缠态”，是指复合系统的一种特殊形式的量子态，它在任何表象中，都无法写成两子系量子态的直积形式。 因为纠缠态的每一分量均由两个粒子的单态和构成，所以处于纠缠态的两个粒子有一个奇妙特性。一旦我们对其中一个粒子进行测量，确定了它的状态，那么，就立即知道另一个粒子所处的状态，不管它们相距多远(几米、几千米或几光年)。比如，对处于态 的两原子系统，若对原子1进行测量，结果发现它处于态，则马上知道原子2处于态。 量子纠缠是一种有用的信息“资源”，在量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配以及在量子计算的加速、量子纠错、防错等方面都起着关键作用。 量子计算的发展 3.1中期发展 1994年，贝尔实验室的应用数学家P. Shor指出，相对于传统电子计算器，利用量子计算可以在更短的时间内将一个很大的整数分解成质因子的乘积。这个结论开启量子计算的一个新阶段:有别于传统计算法则的量子算法确实有其实用性自此之后，新的量子算法陆续的被提出来，而物理学家接下来所面临的重要的课题之一，就是如何去建造一部真正的量子计算器，来执行这些量子算法。许多量子系统都曾被点名做为量子计算器的基础架构，例如光子的偏振、空腔量子电动力学、离子阱以及核磁共振等等