量子調(diào)控問(wèn)題的研究.pdf

1、本文首先介紹量子信息學(xué)的量子力學(xué)基礎(chǔ)。量子力學(xué)是關(guān)于微觀世界的物理理論，著重討論如何描述微觀粒子系統(tǒng)的狀態(tài)、如何描述微觀粒子系統(tǒng)的力學(xué)量、微觀系統(tǒng)態(tài)的演化和量子力學(xué)的測(cè)量理論、量子糾纏態(tài)及量子力學(xué)的新進(jìn)展等問(wèn)題。 第2部分闡述經(jīng)典信息科學(xué)的極限與突破經(jīng)典信息科學(xué)極限的途徑。以電子器件為基礎(chǔ)的電子計(jì)算機(jī)無(wú)法滿足信息產(chǎn)業(yè)的需求，必須要考慮能夠突破信息科學(xué)極限的新原理、新方法、新途徑。量子力學(xué)的新進(jìn)展所揭示的奇妙特性為信息科學(xué)提供了嶄

2、新的原理和方法，提供了突破經(jīng)典信息科學(xué)極限的途徑。 第3部分介紹量子信息論。量子信息論是用量子態(tài)編碼的信息科學(xué)由量子通訊和量子計(jì)算機(jī)科學(xué)兩大部分組成，這些理論都建立在量子態(tài)的糾纏性、非局域性等量子力學(xué)的奇妙特性基礎(chǔ)上。糾纏性與非局域性在量子信息論中的應(yīng)用可以創(chuàng)造出量子通訊中的絕對(duì)安全的密碼系統(tǒng)，保證量子信息的隱形傳態(tài)和量子計(jì)算機(jī)計(jì)算速度及容量的成千上萬(wàn)倍的提高等奇跡。 第4部分量子調(diào)控。通過(guò)控制一個(gè)兩態(tài)量子系統(tǒng)，來(lái)分析控

3、制在轉(zhuǎn)變一個(gè)自旋1/2粒子的量子系統(tǒng)狀態(tài)的過(guò)程中所起的作用。π脈沖的作用相當(dāng)于一個(gè)量子邏輯非門的作用，它使量子系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。換句話說(shuō)，在與x-y橫截面平行的平面上人為地施加一個(gè)共振磁場(chǎng)，對(duì)其中的粒子持續(xù)作用t<,1>=π/Ω長(zhǎng)的時(shí)間，則構(gòu)造(實(shí)現(xiàn))了一個(gè)量子邏輯非門。如果我們施加不同持續(xù)時(shí)間的脈沖，可能使該系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到基態(tài)|0>和激發(fā)態(tài)|1>的疊加態(tài)。由此產(chǎn)生一個(gè)量子位的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)量子系統(tǒng)中算符的幺正變換，表明對(duì)量子狀

4、態(tài)控制場(chǎng)的設(shè)計(jì)等價(jià)于對(duì)系統(tǒng)中算符實(shí)施幺正變換后，對(duì)波函數(shù)的幺正演化矩陣的設(shè)計(jì)。 第5部分量子態(tài)的等價(jià)類與量子邏輯門。在量子力學(xué)中，態(tài)的演化是一個(gè)幺正演化過(guò)程，態(tài)的演化過(guò)程可以用演化算子對(duì)態(tài)的作用來(lái)表示，幺正演化過(guò)程是時(shí)間可逆的?；谶@一基本事實(shí)，Gerard’t Hooft引進(jìn)了量子態(tài)的等價(jià)類概念，并用兩組等價(jià)類之間的變換來(lái)描述量子態(tài)的幺正演化。本文利用等價(jià)類的概念及其變換來(lái)探究構(gòu)建量子信息論中常用的通用量子門，給出通用量子門的