量子信息(誰知道量子計算機的呀)
1.誰知道量子計算機的基礎知識呀
量子計算機，顧名思義，就是實現(xiàn)量子計算的機器。
要說清楚量子計算，首先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行變換的機器，其算法由計算機的內部邏輯電路來實現(xiàn)。
經典計算機具有如下特點： （1）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經典信號，用量子力學的語言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學量的本征態(tài)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即|0110110>。
所有的輸入態(tài)均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態(tài)： C1|0110110 >+ C2|1001001>。
(2)經典計算機內部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。 相應于經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。
量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的么正變換。因此量子計算機的特點為[1]: [1]量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交； [2]量子計算機中的變換為所有可能的么正變換。
得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結果。 由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。
量子計算最本質的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當于一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。
這種計算稱為量子并行計算。量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經典計算機無法完成的工作，如一個很大的自然數(shù)的因子分解（后面將敘及）。
量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本質性的利用[2]。 量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，而研究可逆計算機是為了克服計算機中的能耗問題。
早在六七十年代，人們就發(fā)現(xiàn)，能耗會導致計算機芯片的發(fā)熱，影響芯片的集成度，從而限制了計算機的運行速度。Landauer[3]最早考慮了這個問題，他考察了能耗的來源，指出：能耗產生于計算過程中的不可逆操作。
例如，對兩比待的異或操作，因為只有一比特的輸出，這一過程損失了一個自由度，因此是不可逆的，按照熱力學，必然會產生一定的熱量。但這種不可逆性是不是不可避免的呢？事實上，只要對異或門的操作如圖1所示的簡單改進，即保留一個無用的比特，該操作就變?yōu)榭赡娴摹?/p>
因此物理原理并沒有限制能耗的下限，消除能耗的關鍵是將不可逆操作改造為可逆操作（見圖1）。 圖1 不可逆異或門改進為可逆異或門 Bennett[4]后來更嚴格地考慮了此問題，并證明了，所有經典不可逆的計算機都可以改造為可逆計算機，而不影響其計算能力。
經典計算機實際上就是一個通用圖靈機。通用圖靈機是計算機的抽象數(shù)學模型，它由兩部分構成： [1]具有無限多個存儲單元的記錄帶，每個存儲單元內容的變化是有限的，通常用二進制的“O”和“1”來表示； [2]一個具有有限內態(tài)的讀寫頭，每步操作中讀寫頭可以在記錄帶上左移或右移一格或不動。
圖靈機在操作中，讀寫頭根據(jù)其內態(tài)和當前存儲單元的內容，按既定的規(guī)則，改變其內態(tài)和存儲單元的內容。并決定下一步讀寫頭的移動方向。
上述圖靈機的模型是不可逆的，例如，對如下圖靈機操作“寫存儲單元--> 左移一格”，其逆就變成了“左移一格-->寫存儲單元”，該逆操作不再是一個有效的圖靈機操作。但Bennett證明了一個基本結果：對所有不可逆的通用圖靈機，都可以找到一個對應的可逆圖靈機，使得兩者具有完全相同的計算能力和計算效率。
因為計算機中的每步操作都可以改造為可逆操作，在量子力學中，它就可以用一個么正變換來代表。Benioff[5]最早用量子力學來描述可逆計算機。
在量子可逆計算機中，比特的載體成為二能級的量子體系，體系處于|0>和|1>上，但不處于它們的疊加態(tài)。量子可逆計算機的研究，其核心任務為，對應于具體的計算，尋找合適的哈密頓量來描述。
早期的量子可逆計算機，實際上是用量子力學語言表述出來的經典計算機，它沒有利用量子力學的本質特性，如量子疊加性和相干性。 Feymann首先指出[6]，這些量子特性可能在未來的量子計算機中起本質作用，如用來模擬量子系統(tǒng)。
Deutsch[7]找到一類問題，對該類問題，量子計算機存在多項式算法（多項式算法指運算完成的時間與輸入二進制數(shù)據(jù)的長度，即比特的位數(shù)存在多項式關系），而經典計算機則需要指數(shù)算法。但最具轟動性的結果卻是Shor給出的關于大數(shù)因子分解的量子多項式算法[8]（見第三節(jié)），因為此問題在經典公鑰體系中有重要應用。
Shor的發(fā)現(xiàn)掀起了研究量子計算機的熱潮，從此后，量子計算機的發(fā)展日新月異。 二、量子計算機的構造及實驗方案 正如經典計算機建立在通用圖靈機基礎之上，量子計算機亦可建立在量子圖靈機基礎上。
量子圖靈機可類比于經典計算機的概率運算。前一節(jié)提到的通用圖靈機的操作是完全確定性的，用q代表當前讀寫頭的狀態(tài)，s代表當前存儲單元內容，d取值為L,。
2.誰知道量子計算機的基礎知識呀
量子計算機，顧名思義，就是實現(xiàn)量子計算的機器。
要說清楚量子計算，首先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行變換的機器，其算法由計算機的內部邏輯電路來實現(xiàn)。
經典計算機具有如下特點： （1）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經典信號，用量子力學的語言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學量的本征態(tài)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即|0110110>。
所有的輸入態(tài)均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態(tài)： C1|0110110 >+ C2|1001001>。
(2)經典計算機內部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。 相應于經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。
量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的么正變換。因此量子計算機的特點為[1]: [1]量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交； [2]量子計算機中的變換為所有可能的么正變換。
得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結果。 由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。
量子計算最本質的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當于一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。
這種計算稱為量子并行計算。量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經典計算機無法完成的工作，如一個很大的自然數(shù)的因子分解（后面將敘及）。
量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本質性的利用[2]。 量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，而研究可逆計算機是為了克服計算機中的能耗問題。
早在六七十年代，人們就發(fā)現(xiàn)，能耗會導致計算機芯片的發(fā)熱，影響芯片的集成度，從而限制了計算機的運行速度。Landauer[3]最早考慮了這個問題，他考察了能耗的來源，指出：能耗產生于計算過程中的不可逆操作。
例如，對兩比待的異或操作，因為只有一比特的輸出，這一過程損失了一個自由度，因此是不可逆的，按照熱力學，必然會產生一定的熱量。但這種不可逆性是不是不可避免的呢？事實上，只要對異或門的操作如圖1所示的簡單改進，即保留一個無用的比特，該操作就變?yōu)榭赡娴摹?/p>
因此物理原理并沒有限制能耗的下限，消除能耗的關鍵是將不可逆操作改造為可逆操作（見圖1）。 圖1 不可逆異或門改進為可逆異或門 Bennett[4]后來更嚴格地考慮了此問題，并證明了，所有經典不可逆的計算機都可以改造為可逆計算機，而不影響其計算能力。
經典計算機實際上就是一個通用圖靈機。通用圖靈機是計算機的抽象數(shù)學模型，它由兩部分構成： [1]具有無限多個存儲單元的記錄帶，每個存儲單元內容的變化是有限的，通常用二進制的“O”和“1”來表示； [2]一個具有有限內態(tài)的讀寫頭，每步操作中讀寫頭可以在記錄帶上左移或右移一格或不動。
圖靈機在操作中，讀寫頭根據(jù)其內態(tài)和當前存儲單元的內容，按既定的規(guī)則，改變其內態(tài)和存儲單元的內容。并決定下一步讀寫頭的移動方向。
上述圖靈機的模型是不可逆的，例如，對如下圖靈機操作“寫存儲單元--> 左移一格”，其逆就變成了“左移一格-->寫存儲單元”，該逆操作不再是一個有效的圖靈機操作。但Bennett證明了一個基本結果：對所有不可逆的通用圖靈機，都可以找到一個對應的可逆圖靈機，使得兩者具有完全相同的計算能力和計算效率。
因為計算機中的每步操作都可以改造為可逆操作，在量子力學中，它就可以用一個么正變換來代表。Benioff[5]最早用量子力學來描述可逆計算機。
在量子可逆計算機中，比特的載體成為二能級的量子體系，體系處于|0>和|1>上，但不處于它們的疊加態(tài)。量子可逆計算機的研究，其核心任務為，對應于具體的計算，尋找合適的哈密頓量來描述。
早期的量子可逆計算機，實際上是用量子力學語言表述出來的經典計算機，它沒有利用量子力學的本質特性，如量子疊加性和相干性。 Feymann首先指出[6]，這些量子特性可能在未來的量子計算機中起本質作用，如用來模擬量子系統(tǒng)。
Deutsch[7]找到一類問題，對該類問題，量子計算機存在多項式算法（多項式算法指運算完成的時間與輸入二進制數(shù)據(jù)的長度，即比特的位數(shù)存在多項式關系），而經典計算機則需要指數(shù)算法。但最具轟動性的結果卻是Shor給出的關于大數(shù)因子分解的量子多項式算法[8]（見第三節(jié)），因為此問題在經典公鑰體系中有重要應用。
Shor的發(fā)現(xiàn)掀起了研究量子計算機的熱潮，從此后，量子計算機的發(fā)展日新月異。 二、量子計算機的構造及實驗方案 正如經典計算機建立在通用圖靈機基礎之上，量子計算機亦可建立在量子圖靈機基礎上。
量子圖靈機可類比于經典計算機的概率運算。前一節(jié)提到的通用圖靈機的操作是完全確定性的，用q代表當前讀寫頭的狀態(tài)，s代表當前存儲單元內容，d取值為L,R,N，分。
3.量子的知識
量子一詞來自拉丁語quantus，意為“多少”，代表“相當數(shù)量的某事”。在物理學中常用到量子的概念，量子是一個不可分割的基本個體。例如，一個“光的量子”是光的單位。而量子力學、量子光學等等更成為不同的專業(yè)研究領域。
其基本概念是所有的有形性質也許是"可量子化的"。"量子化" 指其物理量的數(shù)值會是一些特定的數(shù)值，而不是任意值。例如，
在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的。這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。
在20世紀的前半期，出現(xiàn)了新的概念。許多物理學家將量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。
編輯本段歷史
量子物理是根據(jù)量子化的物理分支，在1900年以理論來建立。由于馬克斯·普朗克（M. Planck）釋所謂的黑體輻射。他的工作根本上合并了量子化用同樣方式，到了今天它仍被使用。但他嚴重地沖擊了古典物理學，需要了另外30年的研究，就是在量子論未確立之前。直到現(xiàn)在一些主張仍然不能被充分地了解。這里有很多需要學習的地方。包括科學的本質是怎么出現(xiàn)。
不光是普朗克對這個新概念感到困擾。當時德國物理社會中黑體研究成為焦點。在10月、11月和12月會議前夕，對他的科學同事報告公開他的新想法。就這樣謹慎的實驗學家（包括F. Paschen,O.R. Lummer,E. Pringsheim,H.L. Rubens，和F. Kurlbaum）和一位理論家迎接最巨大的科學革命。
編輯本段黑體輻射量子方程
當物體被加熱，它以電磁波的形式散發(fā)紅外線輻射。這是了解清楚和明白最明顯的重要性。當物體變得熾熱，紅色波長部分開始變得可見。但是大多數(shù)熱輻射仍然是紅外線，除非直到物體變得像太陽的表面一樣熱。這是當時的實驗室內不能夠達成的而且只可以量度部分黑體光譜。
黑體輻射量子方程是量子力學的第一部分。在1900年10月7日面世。
能量 E、輻射頻率 f 及溫度 T 可以被寫成：
E=hf/(e^(hf/κT)-1)
h 是普朗克常數(shù)及 k 是玻爾茲曼常數(shù)。兩者都是物理學中的基礎?；A能量的量子是 hf?？墒沁@個單位正常之下不存在并不需要量子化。
編輯本段量子力學的誕生
從實驗中普郎克推算到h 及 k的數(shù)值。因此他在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發(fā)表能量量子化數(shù)值、Avogadro-Loschmidt數(shù)的數(shù)值、一個份子模（mole）的數(shù)值及電荷單位。這數(shù)值比以前更準確。這代表量子力學的誕生。
4.量子的知識
量子一詞來自拉丁語quantus，意為“多少”，代表“相當數(shù)量的某事”。在物理學中常用到量子的概念，量子是一個不可分割的基本個體。例如，一個“光的量子”是光的單位。而量子力學、量子光學等等更成為不同的專業(yè)研究領域。
其基本概念是所有的有形性質也許是"可量子化的"。"量子化" 指其物理量的數(shù)值會是一些特定的數(shù)值，而不是任意值。例如，
在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的。這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。
在20世紀的前半期，出現(xiàn)了新的概念。許多物理學家將量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。
編輯本段歷史
量子物理是根據(jù)量子化的物理分支，在1900年以理論來建立。由于馬克斯·普朗克（M. Planck）釋所謂的黑體輻射。他的工作根本上合并了量子化用同樣方式，到了今天它仍被使用。但他嚴重地沖擊了古典物理學，需要了另外30年的研究，就是在量子論未確立之前。直到現(xiàn)在一些主張仍然不能被充分地了解。這里有很多需要學習的地方。包括科學的本質是怎么出現(xiàn)。
不光是普朗克對這個新概念感到困擾。當時德國物理社會中黑體研究成為焦點。在10月、11月和12月會議前夕，對他的科學同事報告公開他的新想法。就這樣謹慎的實驗學家（包括F. Paschen,O.R. Lummer,E. Pringsheim,H.L. Rubens，和F. Kurlbaum）和一位理論家迎接最巨大的科學革命。
編輯本段黑體輻射量子方程
當物體被加熱，它以電磁波的形式散發(fā)紅外線輻射。這是了解清楚和明白最明顯的重要性。當物體變得熾熱，紅色波長部分開始變得可見。但是大多數(shù)熱輻射仍然是紅外線，除非直到物體變得像太陽的表面一樣熱。這是當時的實驗室內不能夠達成的而且只可以量度部分黑體光譜。
黑體輻射量子方程是量子力學的第一部分。在1900年10月7日面世。
能量 E、輻射頻率 f 及溫度 T 可以被寫成：
E=hf/(e^(hf/κT)-1)
h 是普朗克常數(shù)及 k 是玻爾茲曼常數(shù)。兩者都是物理學中的基礎?；A能量的量子是 hf。可是這個單位正常之下不存在并不需要量子化。
編輯本段量子力學的誕生
從實驗中普郎克推算到h 及 k的數(shù)值。因此他在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發(fā)表能量量子化數(shù)值、Avogadro-Loschmidt數(shù)的數(shù)值、一個份子模（mole）的數(shù)值及電荷單位。這數(shù)值比以前更準確。這代表量子力學的誕生。
5.量子信息詳解誰能說一下
量子信息詳解編輯量子是一個態(tài).所謂態(tài)在物理上不是一個具體的物理量，也不是一個單位，也不是一個實體，而是一個可以觀測記錄的一組記錄（也就是確定組不變量去測量另外一組量），但是這組記錄可以運算.并可以求出某時刻對是已觀測的紀錄對比十分吻合.這個就是波動力學的基礎.要解決量子信息.首先要在邏輯有一個多值邏輯理論，才能通過對于量子態(tài)對應于一個實體，也就是現(xiàn)在所謂的給量子的態(tài)賦給予實體的功能，這樣就可以實現(xiàn)某些交換，也就是可以計算，只要這量子信息組態(tài)符合一定的條件，由波動力學，結論一定成立.這就是量子信息學的基礎，如果一旦能找到符合理論的這些態(tài)，則計算能力將不是現(xiàn)有計算機的N信部題，而是的一0時計算的超量完成.對某個有限大的數(shù)組在量子態(tài)可以理論上是0時完成，也就是超距變換。
6.量子通信的基本原理是什么
量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。
按其所傳輸?shù)男畔⑹墙浀溥€是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。
所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。
但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個復制品不可能是完美的。因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
1993年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的方案：將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。
經典信息是發(fā)送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。
發(fā)送者甚至可以對這個量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態(tài)上。在這個方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著至關重要的作用。
量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現(xiàn)出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式制備兩個粒子態(tài)，在它們之間的關聯(lián)不能被經典地解釋，這樣的態(tài)稱為糾纏態(tài)，量子糾纏指的是兩個或多個量子系統(tǒng)之間的非定域非經典的關聯(lián)。
量子隱形傳態(tài)不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠程傳輸。
這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實驗中傳輸?shù)闹皇潜磉_量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
最近，潘建偉及其合作者在如何提純高品質的量子糾纏態(tài)的研究中又取得了新突破。為了進行遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，往往需要事先讓相距遙遠的兩地共同擁有最大量子糾纏態(tài)。
但是，由于存在各種不可避免的環(huán)境噪聲，量子糾纏態(tài)的品質會隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，如何提純高品質的量子糾纏態(tài)是目前量子通信研究中的重要課題。
近年，國際上許多研究小組都在對這一課題進行研究，并提出了一系列量子糾纏態(tài)純化的理論方案，但是沒有一個是能用現(xiàn)有技術實現(xiàn)的。最近潘建偉等人發(fā)現(xiàn)了利用現(xiàn)有技術在實驗上是可行的量子糾纏態(tài)純化的理論方案，原則上解決了目前在遠距離量子通信中的根本問題。
這項研究成果受到國際科學界的高度評價，被稱為“遠距離量子通信研究的一個飛躍”。參考資料：《科技日報》量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。
按其所傳輸?shù)男畔⑹墙浀溥€是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。
所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。
但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個復制品不可能是完美的。因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
1993年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的方案：將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。
經典信息是發(fā)送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。
發(fā)送者甚至可以對這個量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態(tài)上。在這個方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著至關重要的作用。
量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現(xiàn)出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式制備兩個粒子態(tài)，在它們之間的關聯(lián)不能被經典地解釋，這樣的態(tài)稱為糾纏態(tài)，量子糾纏指的是兩個或多個量子系統(tǒng)之間的非定域非經典的關聯(lián)。
量子隱形傳態(tài)不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大。
