量子克隆在腔qed中的实现方案

《量子克隆在腔qed中的实现方案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、引言引言当今社会是一个信息社会，信息科学在改善人类的生活质量以及推动社会发展方面发挥的突出作用足以显示出它的独特性。随着人类社会信息量的增加，人们不断地致力于信息技术的开发及应用，这必然导致现有的信息系统及其功能不能满足我们的需要。因此，信息科学的进一步发展势必要借助于新的原理和方法，于是一门将量子力学应用到信息学的新学科—量子信息科学—应运而生。量子力学和信息科学的结合产生了量子信息科学。量子信息的研究是根据量子力学的基本原理，利用量子相干的特性，以新的方式进行计算、编码和信息传输。量子力学和信息科学的结合充分显示了学科间结合的优越性和重要性。如果量子信息

2、的存储，交换，传输等过程能够通过一定的物理系统来实现，这将会导致信息科学观念和模式的重大变革。目前，量子信息的研究主要是基于量子力学的相干特性、重构、编码计算和通信的基本原理。无论在理论上还是在实验上，量子信息学都在取得新的突破和发展，它已经发展成为一个内容丰富的学科。它包括量子计算[1]，量子信息[2]，量子通信[3]和量子博弈[4]等。量子力学和计算机科学的交汇发展将会对彼此的发展产生深远的影响。早期的工作源于二十世纪六七十年代，就是为克服能耗而进行的可逆计算机研究。关于“能耗产生于计算机过程中的不可逆操作”一文提出“虽然物理原理没有限制能耗的下限，但必

3、须将不可逆操作改为可逆操作才能大大提高芯片的集成度”[5]。而实际上只有量子力学的幺正变换才可能实现真正的可逆操作。从原理上讲，量子计算的想法与著名物理学家Feynman“不可能用传统计算机全面模拟量子力学过程”的观点直接相关[6]。直到1985年，英国牛津大学的D.Deutsch初步阐述了量子图灵机的概念，他指出量子图灵机可能比经典的图灵机具有更大的功能[7]，这一研究发现大大推动了这一学科的深入发展。其中，Shor算法[8]和Grover迭代算法[9]就是量子算法的标志性成果。1995年，Shor提出大数因子化量子算法，并由他人演示了量子计算在冷却系统中

4、实现的可能。随后，Grover又发现了Grover迭代算法可以在量子计算机上实现对未加整理的数据库N量级加速搜索。目前，由于量子计算机的巨大潜力，它已经成为物理学家，计算机科学家和数学家共同关心的研究课1量子克隆在腔QED中的实现方案题。除了上述量子计算的研究以外，对量子力学的基础研究也引出了另一个研究课题—量子通信。量子隐形传态和量子密集编码[10]是目前在量子通信研究中比较认可的两种通信方式。Bennet等人在1993年首先提出量子隐形传态的想法[2]。他们将未知的量子信息分为经典信息和量子信息两部分，分别由经典信息通道和量子信息通道传给接收者。量子隐形

5、传态中传送的仅仅是量子态，而粒子本身并不被直接传送。只通过一个粒子的传送就可以实现两比特信息的传送是量子密集编码的显著特征。近年来，人们在对量子通信理论进行深入研究的同时[11-16]，也在实验上取得了许多重要进展[17-27]。除了量子通信，量子信息还包括量子密码术和量子博弈。其中，量子密码术采用量子态作为信息载体，经由量子通道在合法用户之间进行密钥传输。它原则上实现了不可破译、不可窃听地大容量保密通信体系。目前，量子密码术已经在实验上进入了初步成熟阶段。量子博弈是1999年由Eisert等人提出的[28-32]，Du等人随后实现了量子博弈实验[33]。在

6、量子信息科学中，来自量子力学的两个概念(量子纠缠和量子不可克隆原理)使得量子信息学不同于经典信息学。量子纠缠是指一个复合系统的状态不能描述为各个子系统的直积态，即各个子系统存在着极其微妙的非局域的关联。量子纠缠显示了量子力学体系中的非局域性。这与经典状况完全不同，即系统相互作用后其各个子系统仍由自身状态来描述。也可以说，各个子系统的直积态是局域性的。量子纠缠现象已经被广泛应用到量子密钥、量子密集编码、以及量子隐形传态的研究中。而多体量子纠缠为量子计算机的并行运算提供了可能。如Shor算法就是有效地利用这种并行性来完成经典计算机不容易完成的复杂计算，其量子计算

7、的优越性就是建立在量子纠缠的基础上。量子不可克隆原理是保密通信的前提，对密码分配的安全性起到了关键性作用。绝对保密通信是量子信息学区别于经典信息学的另一个根本差异。而与经典信息学一样，复制也是量子信息学所必需关心和解决的任务。由于量子不可克隆的限制，量子复制(也就是量子克隆)首当其冲将面临两个问题：1)是准确复制还是近似复制；2)拷贝子与拷贝存在何种关系时量子拷贝才是有效的。对这些问题的研究，目前已取得了很大的进展。就量子克隆理论而言，就有不同的克隆机被不断提出。同时，基于这些克隆机的理论实现方案也被不断提出。我们的主要工作就是基于腔量子电动力学(腔QED)

8、技术提出实2引言现量子克隆机的理论方案。本文结构安排