量子調(diào)控問題的研究.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)的測量理論、量子糾纏態(tài)及量子力學(xué)的新進展等問題。 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)的電子計算機無法滿足信息產(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算機科學(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安全的密碼系統(tǒng)，保證量子信息的隱形傳態(tài)和量子計算機計算速度及容量的成千上萬倍的提高等奇跡。 第4部分量子調(diào)控。通過控制一個兩態(tài)量子系統(tǒng)，來分析控

3、制在轉(zhuǎn)變一個自旋1/2粒子的量子系統(tǒng)狀態(tài)的過程中所起的作用。π脈沖的作用相當(dāng)于一個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，在與x-y橫截面平行的平面上人為地施加一個共振磁場，對其中的粒子持續(xù)作用t<,1>=π/Ω長的時間，則構(gòu)造(實現(xiàn))了一個量子邏輯非門。如果我們施加不同持續(xù)時間的脈沖，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)生一個量子位的旋轉(zhuǎn)。同時，通過對量子系統(tǒng)中算符的幺正變換，表明對量子狀

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