《量子超级个人电脑QSPC光算机概论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《量子超级个人电脑QSPC光算机概论.docx（92页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、量 子 超 级 个 人 电 脑（QSPC）光 算 机 概 论。 相关分类： 电脑教程 上一页 1 2 3 4 下一页 窗体顶端窗体底端g950g950 (组长) 2007/9/11 顶楼 举报 量子光算机量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题(散热问题)。20世纪60年代至70年代，人们发现能耗(热量)会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现
2、，能耗(热量)来源于计算过程中的不可逆操作。那么是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有古典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的古典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在古典计算机中，基本信息单位为比特(Bits)，运算对象是各种比特序列(Bytes)。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特(quBits)，运算对象是量子比特序列(quBytes)。所不同的是，量子比特序列(qu
3、Bytes)不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与古典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对古典计算作了极大的扩充，在数学形式上，古典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是古典计算机无法胜任的。无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。
4、遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特(quBits)不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码(quCode)方案是：量子纠错码(quECC)、量子避错码(quEAC)和量子防错码(quDMC)。量子纠错码是古典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，
5、方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉.等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于目前古典电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如：光计算机和生物计算机.等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些古典计算机无法解决
6、的问题。想像口袋中装着超高速电脑是什么样子？量子电脑（Quantum Computer）有着比现在传统电脑强大许多倍的计算能力。至今理论研究已日趋完善，然而目前世界上还没有真正意义上的量子电脑，换句话说，可以实用量产的系统还未出。今年2月中旬，加拿大一家新成立的公司宣称推出全球第一台商用量子电脑，引起专家学者的质疑和议论。也不禁令人遐想，量子电脑的时代提前来临了吗？量子电脑是根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作，运用量子情报学，基于量子效应构建的一个完全以量子位（quBits）为基础的电脑。位于温哥华的D-Wave公司宣称，该公司以量子学原理所研发出的电脑将比当今世上最优质电脑的操作系统快
7、出许多倍来。这台名为Orion（猎户座）的电脑，使用传统的平版印刷术，搭配核心的一块超低温、超导铌芯片，可处理16个量子位（qubits）。核心芯片必须冷却至接近绝对零度(-273.15)，以便其计算过程中维持量子状态。该公司表示，这台量子电脑可同时进行6万4,000个运算程序。根据量子学定律，在电路图所流动的数位位可能代表的是0也可能是1，量子电脑有办法应付处理大量且更复杂的电脑指令。该公司的执行长贺伯马丁（Herb Martin）表示，某些不同种类的问题是无法用数位电脑解决的。数位电脑很适于跑程序，量子电脑则对于应付大量不同的可变因素很在行。D-Wave公司声称其于2月13日展示的量子电脑
8、原型是全球第一台商用电脑，内装有可以执行16量子位（qubits）的量子芯片。该公司计划在未来的18个月内，于2007年底将速度提高到（32 qubits）， 于2008年将速度提高到（512 qubits）到（1024 qubits），并开始提供商业租用。量子电脑的外型长得如何？当前它的原型和大型的电冰箱一样大，温度更低。因为它所使用的超导体电路必须冷冻保存，以便大量的运算程序能够顺利进行。量子电脑有什么用途呢？贺伯马丁表示，人类可以使用量子电脑来设计基因药物。（每个人体细胞有3亿个基本成对数DNA或者是着名DNA双螺旋结构的梯）；企业也可以用量子电脑来管理他们的产物供需链。马丁说：想想看，
9、倘若某家公司有40个工厂并生产了100万不同的零件，那么需要记录的事务可就不少了。量子电脑亦可被用于维护安全。由于911事件，许多各国政府及公司都纷纷重视生物统计学，建立了大量有关他们欲追踪对象的图片、指纹以及其他多样种类方法的资料库(DB)。恐怖分子名单上的人，即使能安全地通过海关检查。藉由量子电脑基本上能够快速地藉由先前已由安全局输入的庞大资料库中来再次校对是否对方为恐怖分子。马丁表示，该产品的推出证明量子电脑商业化这个技术的概念。D-Wave的潜在客户是商业界。商业界人士不在乎这个技术如何可行，只要能解决他们复杂的商业方式。商业用途的电脑不需要太花俏的技术细节。事实上，D-Wave的电脑
10、是一台混血机种，使用传统数位电脑，搭配量子芯片做为加速器或者副处理器（co-processor）。后端是一台机架式电脑（rack-mounted PC）搭配处理器。主要的部分是这颗量子芯片，由铌铝超导材质制成，冷冻存贮在氦液桶中。量子电脑之所以能达到高速运算是因为他的基本资料单位为量子位（qubits），可以同时处理0和1，并快速处理所有的量子位（qubits）。目前我们使用的数位电脑计算一次只能处理一个资料位（data bit）。大多数的工程师都认为量子电脑的技术还有一段遥远的路要走。实用的量子电脑至少还要10年以上的时间才会问世才对。D-Wave公司于今年2月 13日发表这台量子电脑原型，
11、是通过网络连结的方式联机发表，更加引起专家学者质疑其真实性。美国宇航局（NASA）位于加州Pasadena的Jet Propulsion实验室的工程师Alan Kleinsasser于3月7日公开承认他们确曾为D-Wave量身订制一颗特别的量子芯片。对于NASA的 Microdevices 实验室（隶属于JetPropulsion实验室）工程师来说，接受客户委托开发超导体线路芯片是一件很平常的事。他们也曾接受委托替纽约的Hypres Inc设计芯片，也曾替欧洲太空局（European Space Agency）的希瑟（Herschel）任务制造宇宙飞船设备。量子电脑是否真如D-Wave所言不久
12、后就会在现实生活中上演了呢?大多数的知名电脑公司对此感到质疑。另有专家认为，如果真能有这样一台实用的量子系统，特别在财务系统的加解密还很脆弱的此时，这将是一项重要的技术突破。但专家同时认为，像D-Wave这样的小公司若真拥有这样的技术一定会积极发展，在他们获得技术解决方案的58年内，很可能被重量级的技术先驱如Intel和IBM网罗。利用量子电脑来开创电脑新纪元是世界上许多实验室热情追逐的梦想。D-Wave公司利用量子芯片和传统电脑结合以达到其商业化的用途，虽然离学术上的专业还有一段距离，但似乎预告量子时代提前来临的可能性。多数分析家表示，目前量子电脑的关键问题在对微观量子态的操纵困难。也许将来
13、人类会发现一种全新的设计、全新的材料，就像半导体材料对于古典电機计算器（ENIAC）的发展一样。 2008/1/9 被 g950g950 最后编辑 | 查看全部g950g950 (组长) 2007/9/11 2楼 举报 量子资讯浅谈由於科技日新月异，处理器的尺度越做越小、速度也越来越快。可是由於资讯的发达，人们对於尺度、速度的要求也相对的越来越高，也由於如此未来的科技也是必将趋向於小尺度的发展，但在越来越小尺度的同时也将会面临的一个问题-量子效应。今天信息科学在推动社会文明进步和提高人类生活质量方面发挥著令人惊叹的作用。但是现有信息系统的功能已接近於极限值。电子计算机在过去30年中，每个芯片上
14、集成的晶体管数目随时间成指数增长，这个被称为摩尔定律的经验法则预示著，10多年以後计算机储存单元将是单个原子，电子在电路中的行为将不再服从经典力学规律，於是就提出量子效应究竟会对计算机运算速度产生什麼样影响的问题。因此信息科学的进一步发展必须借助於新的原理和新的方法。由於量子特性在信息领域中有著独特的功能，在提高运算速度确保信息安全，增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限，因而量子力学便首先在信息科学中得到应用，一门新的学科分支-量子信息学也应运而生。该学科适量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的叠加原理为基础研究信息处理的一门新兴前沿科学。量子信息学包括量子
15、密码术、量子通信、量子计算机、量子数据库、量子病毒、量子黑客、量子数据结构.等几个方面，近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。有朝一日量子电脑真的能成为事实，除了速度快以外根据科学家的推测，它的作业速度将等於现在你每天都在使用的古典骗钱多(Intel Pentium D)、A钱多(AMD)电脑40亿部同时使用例如：要完成一个64为数字的因子分解，即使现在的超级电脑也要花上比宇宙年龄还长的时间，然而原则上量子电脑却可以在短时间内求解这一问题，而且他还能做到许多当前电脑做不到的事。目前量子电脑已经由史前时代进入了实验时代了，人们在找寻更多适用於量子电脑的计算法则以能充分发挥量子电脑的功效。虽然我
16、们还不知道量子电脑的研究何时才会变成工程问题，但是目前的成就已足使每个人振奋了。读过费因曼 ( R. P. Feynman ) 的故事的人都知道，他也曾应聘於某电脑公司去设计电脑。物理学家怎麼也设计起电脑来了？原来当电脑越做越小、速度越来越快量子力学效应就不能不考虑了。50年来几乎每隔两年电脑速度就加快一倍。大家可以想想身边的个人电脑、从十几年前的频果二号电脑到现在的骗钱多核心就是一个例子。但是这个趋势会继续下去吗？总有一天路会走道尽头、无论如何快讯息传递的速度不会快於光速。无论积体电路做得如何小，总不会小过原子。当这一天来临时怎麼办？这个世界将变成什麼样子？其实几十年前IBM公司的R. La
17、ndauer 及 C.H. Bennett 就已经在考虑这个问题了。他们要问的问题是：到底电路原件最小可以做到多小？计算过程中最少要花多少能量？电脑无论如何也该遵守物理定律例如：热力学就告诉我们一个引擎的效率有一定的极限。那麼对於量子电脑，是否也有某些物理极限存在呢？80年代初期P.Benioff告诉我们原则上量子电脑是可行的。後来有英国的D.Deutsch及美国、以色列等的其他一些人也做过一些研究。不过80年代中期，这股热潮却又衰退了。主要原因是：他们研讨的量子电脑非常的抽象；讨论的问题总是一样。例如：贝尔不等式、多世诠释、EPR悖论.等。而且迹象显示量子电脑很容易出错却不易修正（加上没有遇
18、到神）。量子法则量子电脑的研究运用到了很多抽象的理论以及法则，在这里我们将讨论到一条重要的量子法则，这条重要的法则就是：物理时在具有无法消除的随机性，而且这种随机性是人们无法预测的，我们称只为不可约随机性。物理时在显现出至今尚未发现的法则所制约的随机性以致出现种种奇异现象，使研究这些现象的人都困惑不解，甚至连量子理论的先驱们都深感震撼和吃惊。宇宙为什麼会在其最基本层次上赋予我们这样一个无法排除的不确定性的根源呢？仔细的研读从最初的奠基人到现在的量子物理学家们的手稿，不难看出他们所流露出来的困惑和迷惘，他们无法相信世界会是这样构造出来的。然而量子理论仍是迄今为止最成功的理论。由量子理论所做的预言
19、与实际测量的吻合，达到史无前例的精确程度。它的大多数违背常规的预言不断地为越来越多精巧实验所验证。量子理论为我们提供了对物理世界的正确理解。并且量子理论在更大程度上将成为新的高科技-量子技术的基石。毫无疑问自然界是按照量子法则建立起来的。然而尽管量子力学已获得如此大的功劳，但对其争论仍不断持续著。有如此鲜明的世界怎会建立在无法消除的随机性之上呢？答案尚未曾明。但它的关键在於量子随机性的特质。如果在分束器的两个输出方向上各放置一个光子计数器，并且调低输出光的强度，那麼我们会看到什麼现象呢？我们将会发现所测到的光的强度开始起伏。有时L探测器上纪录到的光子数会比U探测器上纪录到的多一些，有时则刚好相
20、反。虽然这些起伏可能相较於每个探测器上全部的光子计数要小的多，但当我们继续调低光的强度这个起伏就会变的非常显著。在单光子水准亦即在任何一个给定的时间间隔内，我们至多只能纪录到一个光子，这时会出现这样的结果：我们根本纪录不到光子或者只有在U探测器上纪录到一个光子而L探测器上没有或者相反。每一个探测器上能否纪录到光子是完全随机的，就向投掷硬币出现正面或反面一样，即使我们完全知道输入光的所有情况，也不能预言哪一个探测器将会纪录到光子。如果我们在单光子的水准上一便又一便的重复这一实验，我们就会发现每个计数器上所纪录到的光子大致是全部光子的一半。在这里我们接触到了无法消除的随机性。为了解释这一实验，我们
21、提出的观点是：当单个光子遇到分束器的时候，它将以相等的概率被反射或透射(这里我们假定了分束器并不吸收光子)。无论我们对输入光的情形了解的如何详细，都不能预言比这更多的内容。我们所能获得的全部知识就是这种奇怪的反射和透射现象。实际上我们已经具备了关於光和分束器的精确理论，这就是量子理论。也许你可能会认为，我们应当更多地去了解关於光子和分束器的情况，以便能预言单个光子的确切路径。也许光子可以分成两类，一类会分束器反射、另一类则会被透射。也许每个光子都携带著控制他们自身行为的某种指令，当他们遇到分束器时某种基因会告诉他们在这种情况下该如何行事，借助於这样的一种隐变量，我们当然就找到了解释光子在分束器
22、上显现出的随机性行为的一种有效途径。倘若量子理论不能告诉我们这个隐变量是什麼，那麼量子理论的处境可说是岌岌可危了，但是事实却不然反而量子理论却是屹立不摇，既然量子理论是那麼的屹立不摇，那麼就一定有个合理的解释来说明隐变量，的确如此。假定我们让一束光连续第通过两个分束器如图二所示。输入光束被分成相等的两束，每束光沿著两条分离的路径传播，直到再一次落到一个分束器上。我们称这两条路径中的一条为上路径(U路径)，另一条为下路径(L路径)。在经过第二个分束器之後，两条输出光分别落到一个光子计数器上，我们分别定为L和U。我们稍稍移动上方的反射镜来调整光学仪器内部的路径长度，适当的调整镜子的位置，可以使得仅
23、有L探测器能够纪录到光强，反之亦可使只有U探测器能纪录到光强，关於这一点光的波动理论很容易透过干涉效应来解释这些现象，干涉是波动的本质特性，但是如果光是粒子的话我们能否对这一现象做出合理的解释呢？通常我们毋须这样做，因为实验所采取的光都很强，以致根本不必去探测单个光子，虽然不必去探测单个光子，但是我们可以使用单个光子来做实验。现在我们调整角度使两个探测器的光强度达到总光强的一半，然後再调低光强达到单光子水准(这里我们假定了一分束器并不吸收光子)，现在假设每一个光子都携带著一个基因或称其为决定光子在分束器上是被反射还是被透射的隐变量。在图二中我们将会看到，如果它被第一个分束器所反射，那它也会被第
24、二的分束器所反射，而导致被U探测器所纪录到。如果它是透射型的光子，最後也将被U探测器所纪录到。很显然的隐变数这种说法是不正确的。现在我们所面临的困难很明显的，在很低强度的输入下，我们每次只能计数到一个光子，每个光子在每一个分束器上的行为就像是在抛一枚硬币，如果它要与在高光强下的实验观察相符的话，实验输出还必须依赖於仪器的路径差，这样才能与光的波动理论相一致，而我们怎样才能把这种不可约的随机性同干涉联系起来呢？关键在於找到一种方法，使得概率依赖於路径差。通过对拉普拉斯规则和贝叶斯规则稍加改动，量子力学终於对此作出解释。首先概率不是最基本的，在一个更深层次上它是由概率幅所决定而概率幅是不像隐变量那
25、样地。我们有两个概率幅(-1/2,1/2)和(-1/2,1/2)。两个概率和是(0,0)。於是合成概率幅的平方和当然是0，这表示该事件不会发生，尽管分事件中的概率不是0，而是由於我们实现了概率幅的相加，使得即使分事件中的概率不是0，合成事件的发生率仍可能为0。量子纠缠1982年在巴黎由Alain Aspectc和她的合作者们所作的Aspectc实验解决了一个由爱因斯坦、波多耳斯基(Boris Podolsky)和罗孙(Nathan Rosen)於1935年所提出的问题。这三位学者发表了一篇已为现代人所熟知的题为EPR的论文。正是这篇论文引发了阿斯派克特(Alain Aspectc)的实验动机，
26、不仅如此这篇论文仍是当今物理学中一个非常活跃的领域的起因，同时EPR将我们的注意力引向令人困惑的问题：量子纠缠(quanturn entanglement)。在一场爱因斯坦与玻尔就量子论的争论中，也许大多数的物理学家认为玻尔赢得了这场争论，但是对於爱因斯坦所提出的EPR理论，玻尔没能给出一个确定式的回答，玻尔在EPR论文中看到在考虑多粒子体系时量子理论会导致纯粹的量子效应。量子理论的又一个奠基人薛丁格，将这样的系统称之为纠缠系统。正是在这种纠缠系统中，量子理论关於实在的观点所表现出来的具有真正革命性的特徵变的越发明显。在EPR论文中量子理论被应用到一个两粒子的系统。这两粒子在初始的某个时刻相互
27、作用，然後它们被沿著相反的方向移开。在一时间之後，他们已经被分开一段非常大的距离，这两个粒子分别进入一个测量装置已确定每一个粒子的某一种古典性质。例如：测量每一个粒子的动量或者测量一个粒子的动量而测量另外一个粒子的位置。其中很关键的一点在於：由於这两个粒子在过去以某种特殊的方式发生了交互作用，所以这两个粒子的测量结果之间将存在著很强的关系。举例来说：如果发现一个粒子有特殊的动量，这对粒子中的另一个将恰好有一个与其大小相等方向相反的动量。由於存在这种良好的关联性质，换句话说我们只要给定一粒子的测量结果，我们就能确切地预言第二个粒子动量的测量结果。这听起来并不奇怪，而这种强关联的现象也引发了量子纠
28、缠及其特殊作用-隐形传送(teleporting)，稍後再做介绍。在EPR论文中的粒子，我们可以做更多种类的测量，我们可以测其动量也可以测其位置，如果他们的动量是强关联的，那麼正如我们所期望那样，可以证明粒子的位置也是仅仅相关的。於是代替动量的测量，我们也可很好地测出它的位置。这对於EPR中的另一个粒子，我们可以不经任何方式的相互作用，就可以确定地预言它的位置，这样看来似乎没有任何奇异之处。但是量子理论的一个重要理论是：对於单个粒子，不存在著在这个状态中的粒子有著精确的动量值同时又有著精确的位置。这一结论称之为不确定性原理(uncertainty principle)。关於这点又将如何回答呢？
29、传统量子力学的回答是使用了一种所谓条件态(conditional stste)的概念。某个粒子的态完全地描述了粒子的制备和系统的各个细节，它使我们决定对这个系统实施测量所能得到的结果。这隐含著如果我们制备了一大批处於相同态的粒子，这个状态有著精确的位置但我们不是去测量位置而是测量动量，那麼我们就会得到一大串不同的数据相反地也是如此。但是从量子的思路来思考，他们认为EPR方案的问题在於：如果我们选择粒子的位置进行测量，并得到一个结果，那麼它的另一个相关联性的粒子的条件态必须做出相应的改，以体现出我们已获得的知识和我们事先了解到的粒子之间的关联。但是如果我们选择对第一个粒子的动量进行测量，它的第二
30、个粒子的条件态就会与位置的条件态不，也就是说：它现在处的是一个有确定动量的态而不是有确定的位置。然而无论是玻尔还是爱因斯坦都没洞悉他们所讨论的纠缠态的全部涵义，经过数十年的努力之後这些含义才逐渐被挖掘出来。在这里量子纠缠描述了对两个粒子实施局预测量(local measurement)其结果之间的关联并不能由通常的概率理论来解释，然而对大纠缠态而言对其实施的局域测量其结果是完全随机的。当中定义纠缠的关键因素是实现关联的两种不同路径的概率必须由两个有著相同长度但可以有不同指向的概率幅所决定。隐形传送1993年3月Physical Review Litters发表了一篇引人关注的论文，其题目本身就
31、使人难以置信：隐形传送(teleporting)这个词听起来有点不寻常。然而这篇文章所揭示的正是这样一个令人惊异的事实：通过局域的测量和古典通讯一个处於为费曼规则所描述的态上的粒子，在某地经受到一次测量，而在另一个地方的另一个粒子依照所收到的古典讯息，可以将自己变换成与原来粒子相同的态。同所有的量子方案一样，这一方案也是利用了量子随机性的奇异特性。现在我们来介绍隐形魔术Bob和Alice分别工作在两个离的非常远的实验室，他们彼此之间不实地发送量子粒子以取得连络。现在Bob制备了两个处於量子纠缠态的粒子，它们具有两种不同的磁化方向，上和下。现在Bob又制备了一个粒子，称它为控制位元，当Bob要传
32、送一个未知态的粒子给Alice时，Bob可对这一未知态的粒子来做操作，未知态的粒子随著操作的同时便会消失，然後Bob透过一个古典频道来告诉Alice如何操作便会得到Bob所要传给Alice的这一个未知态，当Alice再依Bob所告诉她的操作过程反操作，这时便会得到Bob之前所要传给她的这一个未知态的粒子。隐形传态表明了当我们希望发送量子位元讯息而不是一般的位元讯息时，纠缠粒子可用来作为一个非常有用的通讯源(communication resource)。三种主要实验方法简介1.光腔QED方法：光腔QED方法是最早提出的实现CNOT门的方法，它利用的是原子与光腔光子的相互作用。原子的高里德柏能级
33、、光子偏振都可以作为量子位，量子位间的耦合通过原子与光腔作用或光子与光腔作用实现，这种方法的主要问题是很难实现量子们之间的连结，而且超导光腔需要极低温，因此这并不是实现量子计算机的最佳方案。但是光腔QED方法在量子通信领域有著广泛的应用，量子远程传输实验的成功使量子通信达到了接近实用的地步，最近又实现了原子的EPR对使量子通信得到了进一步的发展。2.离子阱方法：离子阱方法用束缚在冷阱中离子的超精细结构能级作为量子位，用两束频率相差很小的激光诱导拉曼跃迁来控制量子位的状态，调节激光的作用时间，可以实现对单量子位态的任意旋转操作，离子通过相互间的库伦力耦合而成集体震动，不同的振动模式用不同的声子态
34、来表示，激光作用时与离子水平振动方向有个夹角，这样激光的作用能同时影响离子内部的能级和外部的集体振动，从而使两者耦合起来，通过离子的水平集体声子振动，量子位之间实现了纠缠，离子阱方法的优点是可以直接实现多控制位非门(contronl-not)操作而不必用单量子位门和CNOT门去组合。但是由於多个离子规则排列和多位激光寻址等技术上的困难，很难实现很多量子位，实验上做得到的是利用一个离子的内部能级和外部振动态作为两个量子为实现CNOT门。3.块体核磁共振方法(Bulk-NMR)：块体核磁共振方法是利用核自旋在磁场中的塞曼分裂作为量子位，对量子位的操纵由射频场完成，利用不同的核磁共振频率，可以对不同
35、的量子位进行操作，与前面两种方法相比Bulk-NMR方法不是基於单原子(光子,离子)的，在这种方法中量子位是分子中原子的核自旋，不同原子的核自旋代表不同的量子位，而量子位的态是由大量同种分子的统计性质来表现，某一个量子位的态由相应原子的核自旋相互作用，这正好可以使量子位间产生耦合，得以实现CNOT门。Bulk-NMR方法的优点是利用了大量分子的统计性质，因此受外界干扰小，退相干时间长而且实验可以在室温下进行，目前已经实现了2个量子位的计算机，并实现了最简单的Deutsch算法18及Grover快速查找算法，它的缺点是不能实现较多量子位，随著量子位的增多，分子的选择、量子位的寻址、讯号的读出都将
36、发生困难，从目前的发展来看还做不到6个以上的量子位。三种主要实验方法比较介绍的三种实验方法各具特点(见表一)但共同的缺点是无法实现大量量子位，因此它们只能用来进行一些元理性的研究，而不能作为建造实用量子计算机的基础。三种实验方法的比较：1.光腔QED方法：优点为理论较为成熟、在量子通信领域有较大的发展；缺点是量子门之间不易连接、需要低温条件实验上做不到很多量子位。2.离子阱方法：优点为可以直接实现contro-not门；缺点是易受干扰、需要低温条件;多量子位有困难。3.核磁共振方法：优点为受干扰小实验可在室温下进行；对於多量子位存在理论上的困难。/color/b综合以上的研究，人类在20世纪虽
37、然能够精确地操控航空飞机和搬动单个原子，但现在却仍未能掌控操控量子态的有效方法。在21世纪人类正积极致力於量子技术的开发，推动科学和技术更迅速地发展，相信未来的某一天中能实现我们期待著。名词解释01.贝尔(Bell)态：两个物理系统所处的四种方式对应的四种不同的具有强关联性质的量子态，古典上要想做到这一点，只存在两种形式或者两个系统处於相同的状态或者处於不同的状态。然而由於量子态对应的概率幅可正可负，使得可实现状态的数目增加了一倍。02.贝叶斯规则：一个以两种不可区分的途径发生的事件，欲求其发生的概率可以先分别考虑每一条途径的概率再将其求和。03.位元：二进制码的一个二进制数位。04.不确定性
38、原理：由於不可消除的随机性进入量子物理而导致的一个基本结果。不确定性原理暗示著不可能将系统制备到一个使得所有可能的测量结果都确定的状态上。05.CN门：受控非(Controlled-NOT)门、也叫异或门，作用於两个二进制位(位元)。一个位元作为控制位元，另一个作为目标位元。控制位元从不发生变化，但若控制位元为1，则目标位元反转(01,或10)。06.超级电脑：1996年12月16号英特尔(Intel)公司与美国能源部(DOE)联合，宣布他们新近建成一台超级电脑。这是第一台达到每秒一兆次运算的电脑。07.叠加：如果一个系统的一个物理态可以以多种不同的并且是未知的途径实现，则此物理系统实际的态就
39、是这些不同途径的叠加。对於实现这个物理态的每一条途径都对应一个不同的概率幅。叠加原理是量子理论的一个基本特徵也是费曼规则的另一种表述形式。08.二进制码：一种表示讯息的编码系统，在形式上只用0和1两种符号。09.EPR佯谬：是指A.爱因斯坦、N.罗孙和B.波多尔斯基在1935年发表的一篇论文。论文的本意是想利用纠缠态来揭示：如果赋予物理态以古典解释的话，量子力学是不完备的。这是第一篇揭示量子纠缠奇妙性质的论文。10.费曼规则：对於一个可以经由两条或更多条不可分辨的途径发生的事件，其概率幅等於各条途径的概率幅之和.在量子力学中费曼规则取代了古典概率论中的贝叶斯规则。11.分束器：一种将入射光束分
40、成等强度的反射光束和透射光束的光学装置，并且在分束过程中光的总强度不衰减。12.概率幅：量子物理预示著宇宙带有不可消除的随机性。这一理论使我们得以计算一个给定观察的概率。然而这些概率在最基本的层次上为概率幅所决定且概率幅不必要是正定的。实际概率可通过对概率幅平方而得到，它必然是一个非负数。13.自旋：自旋是一个与物理系统的旋转对称性相对应的物理量。它不能为古典牛顿物理学所预言，只是量子世界的一个新特性。在某种情况下，自旋只能取两个分立的值。14.偏振：在古典物理学中，光是一种电场和磁场的自激波。在真空中电力垂直於光束的传播方向。电力所指的方向称为(光)波的偏振。15.平面偏振：如果一束光的电力
41、方向始终平行於一个固定轴，且垂直於传播方向则这束光处於平面偏振。16.因子分解：寻找大整数的质数因子。如果这个数有许多位这将是一个非常难以求解的问题。但是检验因子分解是否正确要比寻找质数因子容易的多。这种单向性质使得因子分解成为密码学的一个重要工具。17.光子：爱因斯坦通过假定光是以分立的全同波包(即光子)的形式传递能量，从而解释了光电效应。光的频率决定了每个光子的能量。光强决定了光束中光子的数目。18.纠缠位元(ebit)：一个纠缠位元就是对一个两系统的量子纠缠态的一部分做测量，由测量结果(是,否)所获得的二进制数。19.量子位元：一次测量如果等可能地产生两种相饬的结果，就需要一个位元的讯息
42、来存储这个结果。然而在一个量子态中，两种互斥结果可以用两个概率幅来编码。在这种情况下这个量子态就编码成了一个量子位元，而它在实验上并不同於一简单的硬币投掷。20.量子纠缠：如果一个物理系统由若干个相同的子系统构成，子系统之间存在关联，并且这些关联通过两种或更多种途径实现，则这个复合系统处於一种由不同途径关联在一起的叠加态，这个态被称为是纠缠的。纠缠是量子物理的关键特徵，这使得量子计算比古典计算强大的多。纠缠所导致的物理影响仍然没有完全弄清楚。21.量子理论：量子理论指出物理世界是不可约地随机的。即是说对於一个物理态无论我们对其了解的如何详尽，都无法使得对这个态的所有可能的测量都具有确定的结果。
43、并且测量结果的怪异性质不能由通常的概率规则给出，必须基於概率幅的概率计算。 2007/9/14 被 g950g950 最后编辑 | 查看全部g950g950 (组长) 2007/9/11 3楼 举报 用脉冲光加速量子电脑量子电脑现在又离我们更进一步罗！密西根大学的研究员们发现了一个新的方法来操作量子位：藉由现在已经实现的光通讯技术，他们可以使用脉冲光来控制量子位，并藉此加速量子电脑的运作速度。剩下的像几秒钟就可以破解一般电脑算到死的密码啦、同时多重运算啦的优点我们就省略了。加油吧！科学家们，前进吧！黑客们！密西根大学科学家已经发现一种在密码术方面轻的突破性的利用的方法。这种新技术能在微微秒破解
44、复杂的代码问题。科学家相信如果利用这种技术在当今的解决办法上、提供很多改进会造成国家和个人安全威胁。 过程与相干光的极其短的脉搏有关、被发出并且与东西相互作用的量子小圆点。量子小圆点是神秘的科学绒毛对大多数人来说他们是很难理解的：基本上他们是对零敏感且非常小的结构。在调整频率和移相光在一个更多的复杂系统内时，梁本身形成一种光网络有计算能力、它经过量子小圆点。 当最后的创立学说的设备被建造，潜在需要数千个量子小圆点(精确的数目现在是科学辩论的问题)时,轻的梁本身将被相当于一个疑问译成代码。这有点象是factorization号码或者数列对查找。那时送对全部可能的答案到被计算的量子小圆点。答案然后
45、立即读在远的边上。通过编码顺序在以这种方法的排序之后，甚至极其复杂的问题，今天使用古典超级电脑可能要花费许多年才能解决的答案，可以被在几微微秒钟内计算完毕。这种特别的方法的一个优点是他是用非常廉价的二极管激光用来作光源。可持续超频的热量比率大约是：一个1000 GHz处理器所产生的热量相当於在1.4 GHz处理器下操作的频率所产生的热量。使用这项技术的将来的设备可能由于极其低的热能生产被用来作为3维阵列来建立。只有一个单个的光子被要求做光门(qubit)接通。用来接通光门(qubit)的能量是10-18焦耳。换句话说：在1 GHz 操作只需要一瓦特的1 billionth。在这个地区的研究的一
46、条竞争的线接近来自被困住的离子(朱蕉) 在大的真空里操作，相信虽然它的计算能力是比用这种方法低的几项重要的命令，但是离子(朱蕉) 将对于最初成功证明是更可能。是这个解决办法的结果的最后的产品有作为核心的技术的等价物2种双或者Opterons的能力作为，与ENIAC相比他们有更多的资金在这间实验室里工作。 研究人员目前正着手做这项技术的将来的用途。这些包括穿的量小圆点说明激光，光学调制器和量逻辑设备将作为可行的将来的量子计算机的基础。国家安全代理(NSA)提供资金给这项工程、军队研究室，科学研究的空军办公室和海军研究实验室。适合这那些研究工程被因为邓肯钢和3位高级研究人员以及十位大学生来进行实验
47、。调查研究工作被展开并且分布在不同的场所。圣地亚哥大学处理理论。海军研究实验室处理量子小圆点物理学。并且密西根大学着手做计算部分。大家的共同努力将继续在实际应用里使用的量子小圆点的数量直到被发现成功为止，美国在这项工程提供资金方面大约每年花费800，000美金。 2007/9/14 被 g950g950 最后编辑 | 查看全部g950g950 (组长) 2007/9/11 4楼 举报 光算机（optical computer）利用光线而不用电流的计算器可以每秒处理一兆次运算，关键部分模拟电晶体的光学设计已经完成。过去四十年来，数位计算器的发展是如此紧密地与电子技术关连在一起，以致于人们认为计算器必然是电子元件组合而成。事实上，计算器用来执行任务的算术及逻辑运算也可用许多其他的方法来达成。自1970年代中期，以镭射光束来代替电流传递信号的可能性日趋厚厚。能够比电子计算器快一千倍是开发这种光算机强而有力的诱因。能够传递两种不同状态的开闭元件（switch）是任何数位计算器的基本元件。计算器运算的速度受限制于开闭元件改变状态所需的时间。事实上电子计算器所有的开闭元件都是电晶体，而现在所用的电晶体最快的也无法在快于10-9秒内改变状态。而一个模拟电晶体功用的光学设计却能在10-12秒内改变状态。我
