量子計算基本原理/世紀高等教育精品大系

內(nèi)容概要

　　量子力學的誕生從根本上和觀念上改變了人類對自然的認識。在20世紀，人們將量子理論應用于物質(zhì)科學和能源科學，開拓出半導體激光、核技術等重要的高新技術。21世紀則出現(xiàn)了一門新興的量子信息科學，它是量子力學與信息科學相互融合的結果，目前已成為世界關注的熱門研究領域?！　⌒畔⒖茖W與物理學的本質(zhì)聯(lián)系是信息需要物理載體，物理態(tài)可以儲存信息；信息是編碼在物理態(tài)上的知識，是對物理態(tài)時空結構的編碼；信息的提取是對編碼的物理態(tài)的測量，信息的傳輸是對編碼的物理態(tài)的傳輸，信息的加工處理是在計算機中對編碼的物理態(tài)進行的有控制的動力演化。信息的存儲、提取、傳輸、處理需要借助物理手段，計算機是處理信息的物理實體。量子信息科學以量子力學作為物理學基礎，利用量子態(tài)進行信息的編碼、處理和傳輸。量子信息科學根據(jù)量子力學的特性，如疊加性、糾纏性、非局域性和不可克隆性等，開發(fā)出經(jīng)典信息科學無法達到的新功能，在加快運算速度、確保信息安全和增大信息容量等方面突破現(xiàn)有信息技術的物理極限，開拓出新的信息功能，為信息科學的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法。量子信息科學的誕生使信息科學的發(fā)展從“經(jīng)典”時代躍升到“量子”時代，在人類文明社會的發(fā)展歷程中將帶來難以估計的影響。

書籍目錄

第一章 量子力學基本概念及其描述1.1 波動與粒子兩象性，波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋1.2 力學量的描述，量子測量，不確定關系1.3 量子態(tài)疊加原理，表象與表象變換1.4 量子態(tài)隨時間的演化1.5 密度算符與密度矩陣1.6 純態(tài)、混合態(tài)及其描述1.6.1 純態(tài)及其描述1.6.2 混合態(tài)及其描述1.6.3 約化密度矩陣1.7 量子糾纏1.7.1 糾纏純態(tài)的基本概念1.7.2 Schmidt分解1.7.3 部分熵糾纏度1.8 EPR佯謬和Bell不等式1.8.1 EPR佯謬1.8.2 Bell不等式第二章 量子計算2.1 量子比特2.2 量子寄存器2.3 量子邏輯門2.3.1 量子邏輯門的可逆性2.3.2 量子邏輯門2.4.量子算法2.4.1 Deutsch問題2.4.2 大數(shù)因子分解的Shor量子算法2.4.3 Grover的無序數(shù)據(jù)庫搜索量子算法第三章 量子計算機的物理實現(xiàn)3.1 指導性原則3.2 實現(xiàn)量子計算的技術和方案3.2.1 諧振子量子計算機3.2.2 光子量子計算機3.2.3 離子阱量子計算機3.2.4 用光學共振腔量子電動力學技術實現(xiàn)量?算3.2.5 量子點技術3.2.6 核磁共振量子計算機的實驗實現(xiàn)第四章 量子計算機實現(xiàn)的主要困難及其對策4.1 量子干涉與糾纏4.2 糾纏和消相干4.3 量子糾錯碼4.4 穩(wěn)定子參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一章量子力學基本概念及其描述　　1.1 波動與粒子兩象性，波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋　　實驗證明，微觀粒子具有波粒兩象性。在實驗觀測中所展現(xiàn)出來的“粒子性”，只不過是微觀粒子的“原子性”，即粒子是具有確切物理屬性（如質(zhì)量、電荷等）的一個客體，它并不意味著微觀粒子在空間中的運動具有確切的軌道，因為軌道的概念是經(jīng)典力學中粒子運動的特性，它與微觀粒子雙縫干涉實驗中顯示出來的微觀粒子的波動性是不相容的?！皐hich-way實驗”證明，當人們確切地知道粒子是從雙縫中的哪一條縫中穿過時，雙縫干涉花紋就消失了?！　≡趯嶒炛杏^測到的微觀粒子的這種“波動性”只不過是波動現(xiàn)象最本質(zhì)的特征，即波的“相干疊加性”，它不意味著這種波動一定是某種實在的物理量的波動?！　.Bom提出“幾率波”的概念，即波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋。它把實物粒子的“原子性”和波動的“相干疊加性”統(tǒng)一起來，這個概念的正確性，已為無數(shù)實驗所證實。

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