量子信息(誰(shuí)知道量子計(jì)算機(jī)的呀)
1.誰(shuí)知道量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)呀
量子計(jì)算機(jī)，顧名思義，就是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器。
要說清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行變換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)： （1）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語(yǔ)言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即|0110110>。
所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加態(tài)： C1|0110110 >+ C2|1001001>。
(2)經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類特殊集。 相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。
量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的么正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為[1]: [1]量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交； [2]量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的么正變換。
得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。 由此可見，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。
量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計(jì)算機(jī)的輸出結(jié)果。
這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算。量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法完成的工作，如一個(gè)很大的自然數(shù)的因子分解（后面將敘及）。
量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本質(zhì)性的利用[2]。 量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，而研究可逆計(jì)算機(jī)是為了克服計(jì)算機(jī)中的能耗問題。
早在六七十年代，人們就發(fā)現(xiàn)，能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)熱，影響芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。Landauer[3]最早考慮了這個(gè)問題，他考察了能耗的來源，指出：能耗產(chǎn)生于計(jì)算過程中的不可逆操作。
例如，對(duì)兩比待的異或操作，因?yàn)橹挥幸槐忍氐妮敵?，這一過程損失了一個(gè)自由度，因此是不可逆的，按照熱力學(xué)，必然會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。但這種不可逆性是不是不可避免的呢？事實(shí)上，只要對(duì)異或門的操作如圖1所示的簡(jiǎn)單改進(jìn)，即保留一個(gè)無用的比特，該操作就變?yōu)榭赡娴摹?/p>
因此物理原理并沒有限制能耗的下限，消除能耗的關(guān)鍵是將不可逆操作改造為可逆操作（見圖1）。 圖1 不可逆異或門改進(jìn)為可逆異或門 Bennett[4]后來更嚴(yán)格地考慮了此問題，并證明了，所有經(jīng)典不可逆的計(jì)算機(jī)都可以改造為可逆計(jì)算機(jī)，而不影響其計(jì)算能力。
經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)是計(jì)算機(jī)的抽象數(shù)學(xué)模型，它由兩部分構(gòu)成： [1]具有無限多個(gè)存儲(chǔ)單元的記錄帶，每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)容的變化是有限的，通常用二進(jìn)制的“O”和“1”來表示； [2]一個(gè)具有有限內(nèi)態(tài)的讀寫頭，每步操作中讀寫頭可以在記錄帶上左移或右移一格或不動(dòng)。
圖靈機(jī)在操作中，讀寫頭根據(jù)其內(nèi)態(tài)和當(dāng)前存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，按既定的規(guī)則，改變其內(nèi)態(tài)和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。并決定下一步讀寫頭的移動(dòng)方向。
上述圖靈機(jī)的模型是不可逆的，例如，對(duì)如下圖靈機(jī)操作“寫存儲(chǔ)單元--> 左移一格”，其逆就變成了“左移一格-->寫存儲(chǔ)單元”，該逆操作不再是一個(gè)有效的圖靈機(jī)操作。但Bennett證明了一個(gè)基本結(jié)果：對(duì)所有不可逆的通用圖靈機(jī)，都可以找到一個(gè)對(duì)應(yīng)的可逆圖靈機(jī)，使得兩者具有完全相同的計(jì)算能力和計(jì)算效率。
因?yàn)橛?jì)算機(jī)中的每步操作都可以改造為可逆操作，在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)么正變換來代表。Benioff[5]最早用量子力學(xué)來描述可逆計(jì)算機(jī)。
在量子可逆計(jì)算機(jī)中，比特的載體成為二能級(jí)的量子體系，體系處于|0>和|1>上，但不處于它們的疊加態(tài)。量子可逆計(jì)算機(jī)的研究，其核心任務(wù)為，對(duì)應(yīng)于具體的計(jì)算，尋找合適的哈密頓量來描述。
早期的量子可逆計(jì)算機(jī)，實(shí)際上是用量子力學(xué)語(yǔ)言表述出來的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，它沒有利用量子力學(xué)的本質(zhì)特性，如量子疊加性和相干性。 Feymann首先指出[6]，這些量子特性可能在未來的量子計(jì)算機(jī)中起本質(zhì)作用，如用來模擬量子系統(tǒng)。
Deutsch[7]找到一類問題，對(duì)該類問題，量子計(jì)算機(jī)存在多項(xiàng)式算法（多項(xiàng)式算法指運(yùn)算完成的時(shí)間與輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，即比特的位數(shù)存在多項(xiàng)式關(guān)系），而經(jīng)典計(jì)算機(jī)則需要指數(shù)算法。但最具轟動(dòng)性的結(jié)果卻是Shor給出的關(guān)于大數(shù)因子分解的量子多項(xiàng)式算法[8]（見第三節(jié)），因?yàn)榇藛栴}在經(jīng)典公鑰體系中有重要應(yīng)用。
Shor的發(fā)現(xiàn)掀起了研究量子計(jì)算機(jī)的熱潮，從此后，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異。 二、量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)方案 正如經(jīng)典計(jì)算機(jī)建立在通用圖靈機(jī)基礎(chǔ)之上，量子計(jì)算機(jī)亦可建立在量子圖靈機(jī)基礎(chǔ)上。
量子圖靈機(jī)可類比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的概率運(yùn)算。前一節(jié)提到的通用圖靈機(jī)的操作是完全確定性的，用q代表當(dāng)前讀寫頭的狀態(tài)，s代表當(dāng)前存儲(chǔ)單元內(nèi)容，d取值為L(zhǎng),。
2.誰(shuí)知道量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)呀
量子計(jì)算機(jī)，顧名思義，就是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器。
要說清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行變換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)： （1）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語(yǔ)言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即|0110110>。
所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加態(tài)： C1|0110110 >+ C2|1001001>。
(2)經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類特殊集。 相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。
量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的么正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為[1]: [1]量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交； [2]量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的么正變換。
得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。 由此可見，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。
量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計(jì)算機(jī)的輸出結(jié)果。
這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算。量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法完成的工作，如一個(gè)很大的自然數(shù)的因子分解（后面將敘及）。
量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本質(zhì)性的利用[2]。 量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，而研究可逆計(jì)算機(jī)是為了克服計(jì)算機(jī)中的能耗問題。
早在六七十年代，人們就發(fā)現(xiàn)，能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)熱，影響芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。Landauer[3]最早考慮了這個(gè)問題，他考察了能耗的來源，指出：能耗產(chǎn)生于計(jì)算過程中的不可逆操作。
例如，對(duì)兩比待的異或操作，因?yàn)橹挥幸槐忍氐妮敵觯@一過程損失了一個(gè)自由度，因此是不可逆的，按照熱力學(xué)，必然會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。但這種不可逆性是不是不可避免的呢？事實(shí)上，只要對(duì)異或門的操作如圖1所示的簡(jiǎn)單改進(jìn)，即保留一個(gè)無用的比特，該操作就變?yōu)榭赡娴摹?/p>
因此物理原理并沒有限制能耗的下限，消除能耗的關(guān)鍵是將不可逆操作改造為可逆操作（見圖1）。 圖1 不可逆異或門改進(jìn)為可逆異或門 Bennett[4]后來更嚴(yán)格地考慮了此問題，并證明了，所有經(jīng)典不可逆的計(jì)算機(jī)都可以改造為可逆計(jì)算機(jī)，而不影響其計(jì)算能力。
經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)是計(jì)算機(jī)的抽象數(shù)學(xué)模型，它由兩部分構(gòu)成： [1]具有無限多個(gè)存儲(chǔ)單元的記錄帶，每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)容的變化是有限的，通常用二進(jìn)制的“O”和“1”來表示； [2]一個(gè)具有有限內(nèi)態(tài)的讀寫頭，每步操作中讀寫頭可以在記錄帶上左移或右移一格或不動(dòng)。
圖靈機(jī)在操作中，讀寫頭根據(jù)其內(nèi)態(tài)和當(dāng)前存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，按既定的規(guī)則，改變其內(nèi)態(tài)和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。并決定下一步讀寫頭的移動(dòng)方向。
上述圖靈機(jī)的模型是不可逆的，例如，對(duì)如下圖靈機(jī)操作“寫存儲(chǔ)單元--> 左移一格”，其逆就變成了“左移一格-->寫存儲(chǔ)單元”，該逆操作不再是一個(gè)有效的圖靈機(jī)操作。但Bennett證明了一個(gè)基本結(jié)果：對(duì)所有不可逆的通用圖靈機(jī)，都可以找到一個(gè)對(duì)應(yīng)的可逆圖靈機(jī)，使得兩者具有完全相同的計(jì)算能力和計(jì)算效率。
因?yàn)橛?jì)算機(jī)中的每步操作都可以改造為可逆操作，在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)么正變換來代表。Benioff[5]最早用量子力學(xué)來描述可逆計(jì)算機(jī)。
在量子可逆計(jì)算機(jī)中，比特的載體成為二能級(jí)的量子體系，體系處于|0>和|1>上，但不處于它們的疊加態(tài)。量子可逆計(jì)算機(jī)的研究，其核心任務(wù)為，對(duì)應(yīng)于具體的計(jì)算，尋找合適的哈密頓量來描述。
早期的量子可逆計(jì)算機(jī)，實(shí)際上是用量子力學(xué)語(yǔ)言表述出來的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，它沒有利用量子力學(xué)的本質(zhì)特性，如量子疊加性和相干性。 Feymann首先指出[6]，這些量子特性可能在未來的量子計(jì)算機(jī)中起本質(zhì)作用，如用來模擬量子系統(tǒng)。
Deutsch[7]找到一類問題，對(duì)該類問題，量子計(jì)算機(jī)存在多項(xiàng)式算法（多項(xiàng)式算法指運(yùn)算完成的時(shí)間與輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，即比特的位數(shù)存在多項(xiàng)式關(guān)系），而經(jīng)典計(jì)算機(jī)則需要指數(shù)算法。但最具轟動(dòng)性的結(jié)果卻是Shor給出的關(guān)于大數(shù)因子分解的量子多項(xiàng)式算法[8]（見第三節(jié)），因?yàn)榇藛栴}在經(jīng)典公鑰體系中有重要應(yīng)用。
Shor的發(fā)現(xiàn)掀起了研究量子計(jì)算機(jī)的熱潮，從此后，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異。 二、量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)方案 正如經(jīng)典計(jì)算機(jī)建立在通用圖靈機(jī)基礎(chǔ)之上，量子計(jì)算機(jī)亦可建立在量子圖靈機(jī)基礎(chǔ)上。
量子圖靈機(jī)可類比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的概率運(yùn)算。前一節(jié)提到的通用圖靈機(jī)的操作是完全確定性的，用q代表當(dāng)前讀寫頭的狀態(tài)，s代表當(dāng)前存儲(chǔ)單元內(nèi)容，d取值為L(zhǎng),R,N，分。
3.量子的知識(shí)
量子一詞來自拉丁語(yǔ)quantus，意為“多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某事”。在物理學(xué)中常用到量子的概念，量子是一個(gè)不可分割的基本個(gè)體。例如，一個(gè)“光的量子”是光的單位。而量子力學(xué)、量子光學(xué)等等更成為不同的專業(yè)研究領(lǐng)域。
其基本概念是所有的有形性質(zhì)也許是"可量子化的"。"量子化" 指其物理量的數(shù)值會(huì)是一些特定的數(shù)值，而不是任意值。例如，
在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的。這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。
在20世紀(jì)的前半期，出現(xiàn)了新的概念。許多物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的的基本理論。
編輯本段歷史
量子物理是根據(jù)量子化的物理分支，在1900年以理論來建立。由于馬克斯·普朗克（M. Planck）釋所謂的黑體輻射。他的工作根本上合并了量子化用同樣方式，到了今天它仍被使用。但他嚴(yán)重地沖擊了古典物理學(xué)，需要了另外30年的研究，就是在量子論未確立之前。直到現(xiàn)在一些主張仍然不能被充分地了解。這里有很多需要學(xué)習(xí)的地方。包括科學(xué)的本質(zhì)是怎么出現(xiàn)。
不光是普朗克對(duì)這個(gè)新概念感到困擾。當(dāng)時(shí)德國(guó)物理社會(huì)中黑體研究成為焦點(diǎn)。在10月、11月和12月會(huì)議前夕，對(duì)他的科學(xué)同事報(bào)告公開他的新想法。就這樣謹(jǐn)慎的實(shí)驗(yàn)學(xué)家（包括F. Paschen,O.R. Lummer,E. Pringsheim,H.L. Rubens，和F. Kurlbaum）和一位理論家迎接最巨大的科學(xué)革命。
編輯本段黑體輻射量子方程
當(dāng)物體被加熱，它以電磁波的形式散發(fā)紅外線輻射。這是了解清楚和明白最明顯的重要性。當(dāng)物體變得熾熱，紅色波長(zhǎng)部分開始變得可見。但是大多數(shù)熱輻射仍然是紅外線，除非直到物體變得像太陽(yáng)的表面一樣熱。這是當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能夠達(dá)成的而且只可以量度部分黑體光譜。
黑體輻射量子方程是量子力學(xué)的第一部分。在1900年10月7日面世。
能量 E、輻射頻率 f 及溫度 T 可以被寫成：
E=hf/(e^(hf/κT)-1)
h 是普朗克常數(shù)及 k 是玻爾茲曼常數(shù)。兩者都是物理學(xué)中的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)能量的量子是 hf?？墒沁@個(gè)單位正常之下不存在并不需要量子化。
編輯本段量子力學(xué)的誕生
從實(shí)驗(yàn)中普郎克推算到h 及 k的數(shù)值。因此他在1900年12月14日的德國(guó)物理學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議中第一次發(fā)表能量量子化數(shù)值、Avogadro-Loschmidt數(shù)的數(shù)值、一個(gè)份子模（mole）的數(shù)值及電荷單位。這數(shù)值比以前更準(zhǔn)確。這代表量子力學(xué)的誕生。
4.量子的知識(shí)
量子一詞來自拉丁語(yǔ)quantus，意為“多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某事”。在物理學(xué)中常用到量子的概念，量子是一個(gè)不可分割的基本個(gè)體。例如，一個(gè)“光的量子”是光的單位。而量子力學(xué)、量子光學(xué)等等更成為不同的專業(yè)研究領(lǐng)域。
其基本概念是所有的有形性質(zhì)也許是"可量子化的"。"量子化" 指其物理量的數(shù)值會(huì)是一些特定的數(shù)值，而不是任意值。例如，
在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的。這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。
在20世紀(jì)的前半期，出現(xiàn)了新的概念。許多物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的的基本理論。
編輯本段歷史
量子物理是根據(jù)量子化的物理分支，在1900年以理論來建立。由于馬克斯·普朗克（M. Planck）釋所謂的黑體輻射。他的工作根本上合并了量子化用同樣方式，到了今天它仍被使用。但他嚴(yán)重地沖擊了古典物理學(xué)，需要了另外30年的研究，就是在量子論未確立之前。直到現(xiàn)在一些主張仍然不能被充分地了解。這里有很多需要學(xué)習(xí)的地方。包括科學(xué)的本質(zhì)是怎么出現(xiàn)。
不光是普朗克對(duì)這個(gè)新概念感到困擾。當(dāng)時(shí)德國(guó)物理社會(huì)中黑體研究成為焦點(diǎn)。在10月、11月和12月會(huì)議前夕，對(duì)他的科學(xué)同事報(bào)告公開他的新想法。就這樣謹(jǐn)慎的實(shí)驗(yàn)學(xué)家（包括F. Paschen,O.R. Lummer,E. Pringsheim,H.L. Rubens，和F. Kurlbaum）和一位理論家迎接最巨大的科學(xué)革命。
編輯本段黑體輻射量子方程
當(dāng)物體被加熱，它以電磁波的形式散發(fā)紅外線輻射。這是了解清楚和明白最明顯的重要性。當(dāng)物體變得熾熱，紅色波長(zhǎng)部分開始變得可見。但是大多數(shù)熱輻射仍然是紅外線，除非直到物體變得像太陽(yáng)的表面一樣熱。這是當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能夠達(dá)成的而且只可以量度部分黑體光譜。
黑體輻射量子方程是量子力學(xué)的第一部分。在1900年10月7日面世。
能量 E、輻射頻率 f 及溫度 T 可以被寫成：
E=hf/(e^(hf/κT)-1)
h 是普朗克常數(shù)及 k 是玻爾茲曼常數(shù)。兩者都是物理學(xué)中的基礎(chǔ)?；A(chǔ)能量的量子是 hf?？墒沁@個(gè)單位正常之下不存在并不需要量子化。
編輯本段量子力學(xué)的誕生
從實(shí)驗(yàn)中普郎克推算到h 及 k的數(shù)值。因此他在1900年12月14日的德國(guó)物理學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議中第一次發(fā)表能量量子化數(shù)值、Avogadro-Loschmidt數(shù)的數(shù)值、一個(gè)份子模（mole）的數(shù)值及電荷單位。這數(shù)值比以前更準(zhǔn)確。這代表量子力學(xué)的誕生。
5.量子信息詳解誰(shuí)能說一下
量子信息詳解編輯量子是一個(gè)態(tài).所謂態(tài)在物理上不是一個(gè)具體的物理量，也不是一個(gè)單位，也不是一個(gè)實(shí)體，而是一個(gè)可以觀測(cè)記錄的一組記錄（也就是確定組不變量去測(cè)量另外一組量），但是這組記錄可以運(yùn)算.并可以求出某時(shí)刻對(duì)是已觀測(cè)的紀(jì)錄對(duì)比十分吻合.這個(gè)就是波動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ).要解決量子信息.首先要在邏輯有一個(gè)多值邏輯理論，才能通過對(duì)于量子態(tài)對(duì)應(yīng)于一個(gè)實(shí)體，也就是現(xiàn)在所謂的給量子的態(tài)賦給予實(shí)體的功能，這樣就可以實(shí)現(xiàn)某些交換，也就是可以計(jì)算，只要這量子信息組態(tài)符合一定的條件，由波動(dòng)力學(xué)，結(jié)論一定成立.這就是量子信息學(xué)的基礎(chǔ)，如果一旦能找到符合理論的這些態(tài)，則計(jì)算能力將不是現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的N信部題，而是的一0時(shí)計(jì)算的超量完成.對(duì)某個(gè)有限大的數(shù)組在量子態(tài)可以理論上是0時(shí)完成，也就是超距變換。
6.量子通信的基本原理是什么
量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置。
按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。
所謂隱形傳送指的是脫離實(shí)物的一種“完全”的信息傳送。從物理學(xué)角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點(diǎn)，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復(fù)制品。
但是，量子力學(xué)的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個(gè)復(fù)制品不可能是完美的。因此長(zhǎng)期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
1993年，6位來自不同國(guó)家的科學(xué)家，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的方案：將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。
經(jīng)典信息是發(fā)送者對(duì)原物進(jìn)行某種測(cè)量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測(cè)量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。
發(fā)送者甚至可以對(duì)這個(gè)量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態(tài)上。在這個(gè)方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著至關(guān)重要的作用。
量子力學(xué)是非定域的理論，這一點(diǎn)已被違背貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，因此，量子力學(xué)展現(xiàn)出許多反直觀的效應(yīng)。在量子力學(xué)中能夠以這樣的方式制備兩個(gè)粒子態(tài)，在它們之間的關(guān)聯(lián)不能被經(jīng)典地解釋，這樣的態(tài)稱為糾纏態(tài)，量子糾纏指的是兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間的非定域非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)。
量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。1997年，在奧地利留學(xué)的中國(guó)青年學(xué)者潘建偉與荷蘭學(xué)者波密斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。
這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇潜磉_(dá)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
最近，潘建偉及其合作者在如何提純高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)的研究中又取得了新突破。為了進(jìn)行遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，往往需要事先讓相距遙遠(yuǎn)的兩地共同擁有最大量子糾纏態(tài)。
但是，由于存在各種不可避免的環(huán)境噪聲，量子糾纏態(tài)的品質(zhì)會(huì)隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，如何提純高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)是目前量子通信研究中的重要課題。
近年，國(guó)際上許多研究小組都在對(duì)這一課題進(jìn)行研究，并提出了一系列量子糾纏態(tài)純化的理論方案，但是沒有一個(gè)是能用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。最近潘建偉等人發(fā)現(xiàn)了利用現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上是可行的量子糾纏態(tài)純化的理論方案，原則上解決了目前在遠(yuǎn)距離量子通信中的根本問題。
這項(xiàng)研究成果受到國(guó)際科學(xué)界的高度評(píng)價(jià)，被稱為“遠(yuǎn)距離量子通信研究的一個(gè)飛躍”。參考資料：《科技日?qǐng)?bào)》量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置。
按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。
所謂隱形傳送指的是脫離實(shí)物的一種“完全”的信息傳送。從物理學(xué)角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點(diǎn)，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復(fù)制品。
但是，量子力學(xué)的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個(gè)復(fù)制品不可能是完美的。因此長(zhǎng)期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
1993年，6位來自不同國(guó)家的科學(xué)家，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的方案：將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。
經(jīng)典信息是發(fā)送者對(duì)原物進(jìn)行某種測(cè)量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測(cè)量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。
發(fā)送者甚至可以對(duì)這個(gè)量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態(tài)上。在這個(gè)方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著至關(guān)重要的作用。
量子力學(xué)是非定域的理論，這一點(diǎn)已被違背貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，因此，量子力學(xué)展現(xiàn)出許多反直觀的效應(yīng)。在量子力學(xué)中能夠以這樣的方式制備兩個(gè)粒子態(tài)，在它們之間的關(guān)聯(lián)不能被經(jīng)典地解釋，這樣的態(tài)稱為糾纏態(tài)，量子糾纏指的是兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間的非定域非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)。
量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大。
