基于核磁共振體系的量子信息測量與圖像處理應(yīng)用.pdf

1、量子信息科學(xué)以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，通過與數(shù)學(xué)，信息科學(xué)，計算機科學(xué)，以及材料學(xué)等學(xué)科相融合，近30年來獲得了飛速發(fā)展，并取得了累累碩果?；诹孔恿W(xué)系統(tǒng)的獨特性質(zhì)，量子信息科學(xué)在信息安全、信息存儲、信息處理等方面擁有經(jīng)典信息無法比擬的巨大優(yōu)勢，使得許多經(jīng)典信息完全無法企及的問題變得可能，因此量子信息技術(shù)被人們寄予厚望，希望它能夠讓人類的信息處理能力實現(xiàn)跨越式的提高。信息處理與讀出是信息科學(xué)的核心部分，對于量子信息過程而言，由于對象是異于經(jīng)典

2、世界感觀的量子信息，因而針對量子信息特性及技術(shù)方法的研究顯得尤為重要。如何更有效更準確地讀出量子態(tài)或者量子信道包含的信息，如何理解量子力學(xué)不相容性對量子信息的影響，如何快速地對量子信息進行必要的變換等問題都亟待人們解決，并且對這些問題的研究將在很長時間成為人們研究的熱點。目前，多種物理體系都是量子信息處理實現(xiàn)的潛在載體，其中，核磁共振體系因其成熟的控制技術(shù)以及較好的退相干時間，成為許多量子處理方法測試的優(yōu)選平臺，大量的量子算法和量子模擬

3、方案在核磁共振上得到了演示。
　　本文中簡要介紹了基于核磁共振(NMR)體系的量子信息技術(shù)，并圍繞“基于核磁共振體系的量子信息測量與圖像處理應(yīng)用”這一課題，介紹了本人在攻讀博士學(xué)位期間的一些研究內(nèi)容及成果。論文主要內(nèi)容分為以下幾個方面:
　　(1，2)前兩章是論文大背景的介紹，包括量子信息科學(xué)，以及NMR體系量子計算實現(xiàn)。
　　(3)第三章討論了量子態(tài)和量子過程層析的相關(guān)內(nèi)容，介紹了博士期間這個方向的兩個工作，一是利用

4、成對相互作用理論上將利用單個測量儀器重構(gòu)量子態(tài)的方法擴展到n-qubit系統(tǒng)，并用這種方法在實驗上重構(gòu)出不同類型的2-qubit量子態(tài)。二是利用自適應(yīng)測量，考察對純態(tài)和幺正過程的層析，極大地減少了測量次數(shù)。實驗上實現(xiàn)了對量子信息處理中的通用邏輯門的層析。
　　(4)第四章介紹了不確定關(guān)系的相關(guān)研究工作。第一個工作是考慮存在量子記憶的兩體系統(tǒng)，對其中一部分進行全部無偏基的測量，推導(dǎo)出一個不確定關(guān)系的等式，即總的測量不確定度是一個常數(shù)

5、，只與初始系統(tǒng)的狀態(tài)相關(guān)。在實驗上，設(shè)計直接測量的方式，并通過單個探測比特讀出線性熵信息，對不等式守恒關(guān)系進行了實驗驗證。第二個工作是關(guān)于測量型不確定關(guān)系。我們對已有的理論框架做了一些修改，推導(dǎo)出qubit情形下基于統(tǒng)計距離的一個增強的測量型不確定關(guān)系，并設(shè)計聯(lián)合測量實驗方案，利用單個比特直接讀出聯(lián)合測量概率，對不等式進行實驗檢驗。
　　(5)第五章討論了圖像處理和特征提取相關(guān)問題。第一個工作介紹了量子圖像處理基本框架，一些常用的