Grover算法在單道量子計(jì)算模型下的實(shí)現(xiàn).pdf

1、量子計(jì)算機(jī)以其巨大的潛力日益得到人們的重視，而且在通向真正實(shí)用的量子計(jì)算裝置的道路上，我們也取得了巨大的進(jìn)步。從經(jīng)典計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)得到啟示，人們提出了量子計(jì)算的量子線(xiàn)路模型。它基于一系列作用在量子比特上的么正量子邏輯門(mén)。一些被編碼了初始信息的量子比特在量子線(xiàn)路中量子邏輯門(mén)的作用下進(jìn)行信息的處理，并通過(guò)測(cè)量得到最終結(jié)果。在量子線(xiàn)路模型下，目前主要的量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案有：離子阱方案、腔QED方案、量子點(diǎn)方案、約瑟夫森結(jié)方案和量子核磁共振

2、方案。但是由于量子計(jì)算機(jī)背后的量子力學(xué)原理有許多非直觀的和難以操控的特性，大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)建還有許多困難需要克服。 人們?cè)谠噲D理解量子力學(xué)的測(cè)量問(wèn)題和糾纏特性等方面做了大量的努力。在此基礎(chǔ)上，由Raussendorf和Bdegel提出了量子計(jì)算的單道量子計(jì)算模型(1WQC)。它與量子線(xiàn)路模型不同，在某些方面它改變了人們對(duì)于量子計(jì)算的要求和過(guò)程的理解。在這個(gè)模型下，所有的量子比特開(kāi)始都處在一種高度糾纏的簇量子態(tài)中。而所有的量子

3、信息的處理過(guò)程都是通過(guò)一系列單比特測(cè)量和測(cè)量得到的輸出反饋進(jìn)行的。由于把信息處理歸結(jié)為初始態(tài)制備和單比特量子測(cè)量，這個(gè)方案物理實(shí)現(xiàn)上更容易。 本文共分四章。第一章簡(jiǎn)要介紹了量子信息學(xué)的基本原理，包括量子力學(xué)基本假設(shè)、量子疊加態(tài)、量子糾纏態(tài)、量子測(cè)量。第二章介紹了量子線(xiàn)路模型，包括量子比特、量子門(mén)、量子線(xiàn)路，重點(diǎn)介紹了各種基本量子邏輯門(mén)。第三章系統(tǒng)介紹了單道量子計(jì)算模型，包括簇量子態(tài)、單比特量子測(cè)量，并詳細(xì)給出了各種基本量子邏輯門(mén)

4、在模型下的實(shí)現(xiàn)。第四章是我們的主要研究工作，包括以下幾方面： 1)給出了Grover算法在單道量子計(jì)算模型下的實(shí)現(xiàn)方案； 2)設(shè)計(jì)了一個(gè)可控量子黑盒； 3)初步討論了模型所需要的資源。 首先給出了兩比特及三比特Grover算法的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案，然后推廣到多比特情況。利用單道量子計(jì)算模型的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可控量子黑盒方案，充分顯示了該模型在實(shí)現(xiàn)上的簡(jiǎn)易性和靈活性。對(duì)于模型所消耗資源的討論表明，該模型比量子線(xiàn)路模