量子比特的含义、特性及实现

关于量子比特的含义、特性、

实现及各种操作

一．绪论 ............................................................................................................................... 2 二． 量子比特的基本概念 ................................................................................................... 2

2.1 经典比特 ................................................................................................................. 2 2.2 量子比特定义与表示............................................................................................... 3

2.2.1 基本量子比特 ........................................................................................... 3 2.2.2 复合量子比特 ........................................................................................... 4 2.2.3 多进制量子比特........................................................................................ 5

2.3 量子比特的实现 ...................................................................................................... 5 三．量子比特特性 ................................................................................................................ 6

3.1.量子比特的数学特性 ............................................................................................... 6 3.2.量子比特的物理特性 ............................................................................................... 7

3.2.1 叠加性和相干性........................................................................................ 7 3.2.2 量子测不准性 ........................................................................................... 8 3.2.3 不可克隆性 ............................................................................................. 10 3.2.4 非正交态的不可区分性 .......................................................................... 12 3.2.5 量子纠缠性 ............................................................................................. 13 3.2.6 量子互补性 ............................................................................................. 15

四．量子比特的变换 .......................................................................................................... 16

4.1量子逻辑门. ........................................................................................................... 16

4.1.1 单量子比特逻辑门 .................................................................................. 16 4.1.2 多量子比特逻辑运算 .............................................................................. 19 4.2量子线路 .......................................................................................................... 22

五． 量子比特信息的测度 ................................................................................................. 23

5. 1 经典香农熵......................................................................................................... 23 5.2 量子冯 诺依曼熵 ................................................................................................ 24 5.3 量子保真度 ......................................................................................................... 26 5.4 可获得的最大信息 .............................................................................................. 27 六．量子寄存器 .................................................................................................................. 27

6.1量子寄存器的存储 ................................................................................................. 28 6.2 量子寄存器量子态的测量 ..................................................................................... 30 七．量子比特的存储 .......................................................................................................... 31 八．量子比特的制备 .......................................................................................................... 32

8.1光场量子比特的制备 ............................................................................................. 32 8.2 多原子最大纠缠比特的制备.................................................................................. 33 8.3、囚禁离子质心运动量子比特的制备 ..................................................................... 34 参考文献 ............................................................................................................................. 35

一．绪论

1983年，Stephen wiesner在他量子货币的提案中第一次引入了量子比特的概念。而“量子比特”这个术语的问世应归功于Benjamin schumacher，在他论文的致谢辞中，schumacher 表示术语“量子比特”是他在同William wootters的一次谈话时提出的，只是因为它同古代的一种长度测量单位腕尺（cubit）的发音相似。

在量子计算中，作为量子信息单位的是量子比特，量子比特与经典比特相似，只是增加了物理原子的量子特性。量子计算机的物理结构是纠缠态原子自身的有序排列，量子比特在系统中表示状态记忆和纠缠态。量子计算是通过对具有量子算法的量子比特系统进行初始化而实现的，这里的初始化指的是把系统制备成纠缠态的一些先进的物理过程。在两态的量子力学系统中量子比特用量子态来描述，这个系统在形式上与复数范围内的二维矢量空间相同。两态量子力学系统的例子是单光子的偏振，这里的两个状态分别是垂直偏振光和水平偏振光。在经典力学系统中，一个比特的状态是唯一的，而量子力学允许量子比特 …… 此处隐藏：12976字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……