关于量子力学与量子计算机

从量子力学原理出发,说明量子力学的结果是现有计算机技

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量子计算是量子力学与计算机科学深度结合的产物,它在阐明计算的本质以及分析量子力学的基本问题两个方面都具有深刻的理论意义。尽管量子力学和计算科学早已备受科学哲学家们的关注,但是在国内专门针对量子计算进行的哲学研究还非常少。本论文的目的就是对量子计算所涉及到的逻辑基础问题、可计算性问题、计算复杂性问题以及量子力学的解释问题进行全面的哲学分析,由此来揭示量子计算的本质。论文包括引言、四章系统性的论述和结束语。第一章,量子计算概观：历史发展与形式表征。本章介绍了量子计算提出的历史背景及其物理基础；对量子计算理论进行了语形和语义分析,说明了量子计算加速性的具体表现就是量子并行运算；简单讨论了量子计算的出现对逻辑理论、可计算性理论、计算复杂性理论以及量子力学解释造成的影响。第二章,量子计算的逻辑意蕴。本章主要讨论量子计算的逻辑基础。首先介绍了经典逻辑理论,并在此基础上分析了传统量子逻辑的语形结构和语义内涵,接着详细考察了量子逻辑门所表征的逻...

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量子模拟作为现阶段量子计算与量子信息科学研究的主要内容，是利用已知的可控量子体系，对不熟悉或难以操控的系统进行模拟和研究。量子模拟还可以促进人们对量子系统的操控能力，为研制实用化量子计算机做铺垫。不仅如此，量子模拟还使得对一些具有奇异特性的系统和新奇物理现象进行研究成为可能。这些研究不仅对理论而且对应用都有着重要意义。本论文中我们就将开展对新奇物理现象的量子模拟研究。本论文的重要成果有以下两个方面：一、在国际上首次实现了著名的Yang-Baxter方程的直接实验量子模拟。Yang-Baxter方程自发现至今，已在物理学的诸多领域中得到广泛应用。最近几年的研究发现，Yang-Baxter方程与当今最活跃的前沿研究领域之一的量子计算与量子信息科学有着密切而自然的联系。然而，至今没有Yang-Baxter方程的直接实验验证。虽然有一些实验与Yang-Baxter方程的推论一致，但这只能作为Yang-Baxter方程的间接验证。Hu-X...

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量子信息科学是一门崭新的科学,它有着巨大的科学意义和学术价值同时它也显示了巨大的潜在应用价值。本论文第一章为引言部分,主要介绍了量子信息科学出现的背景,以及所涉及到的基本的量子力学知识。第二章主要介绍了量子信息的基本原理以及它作为一门学科所包含的各个主要研究方向。在第三章中,我们提出了电子-核双自旋固体量子计算机,它利用扫描隧道显微镜探针作单量子比特寻址,构成逻辑非门操作以及最后的量子态测量。不依赖相邻核之间的偶极-偶级相互作用,两相邻量子比特的距离可以很大。同时,它另外的优点就是构造时不需要原子量级的精度以及可直接进行单自旋探测,这个方案在目前的技术条件下是完全有可能达到。第四章主要介绍了量子博弈论。主要包括两人量子博弈,多人参与的合作的量子博弈及二人多策略博弈。复杂的现象将会在博弈参与者的数目的情况下出现,重要的是我们给出了处理多人量子博弈及多策略博弈一般的方法,这些对多人量子博弈及多策略博弈的研究将具有重要意义。第五章主...

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在线性光学的标准模型下,量子信息处理的效率低、线路复杂。借助相干态,弱交叉克尔非线性可以建立光子之间的相互作用。基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理是国际前沿热点课题之一。应用量子非破坏宇称分析,本文提出了确定或随机的量子密钥分发协议、量子隐私比对协议。非破坏宇称分析的应用使得通信效率大幅度地提高。基于弱交叉克尔非线性,本文构造了高效低耗的两光子极化比特控制非门与控制相位门,它们是完成量子信息处理任务的关键部分。无需辅助光子,应用经典前馈技术,实现效率几近100%。应用两光子极化比特控制相位反转门和纠缠门,本文提出了极化纠缠簇态的生成、链接、解链方案。借助双交叉克尔非线性和光子数测量,本文改进了两光子极化比特控制相位门,降低了实现难度及错误率,并以此为基础提出了量子傅里叶变换方案。本篇论文的具体内容安排如下：第一章为绪论：概述选题背景和研究意义；讨论量子信息物理载体的可能候选者；介绍基于非线性光学的量子信息处理；给出本篇论文的主要...

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量子信息处理(Quantum Information Processing, QIP)利用量子力学规律表示和操作信息,其能力大大超过了传统的经典信息处理方式,因而激发了研究者对此研究领域的极大兴趣。然而,由于在实际的实验中需要对脆弱的量子体系进行相干操作和控制,因此建立量子计算机证明是极端困难的。从现有的实验方案看,液态核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)技术是最成功的一种量子信息处理手段。在这领域的研究成果,特别是此过程中积累的丰富的量子相干控制技术,为下一代的QIP的发展提供可借鉴的经验,同时也将增进我们对实际的量子信息过程以及它的强大功能的理解。因此,本学位论文选用液态NMR技术实现量子信息处理作为研究主题,涉及NMR体系的量子特性研究、NMR量子计算和量子通信三方面的工作,主要包括以下内容:提出了一个同时施加若干适当的线选择脉冲以制备赝纯态的方案,并在两量子比特的体系中实现。和先前的...

(本文共167页)

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