量子力学应用简介.ppt

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1、量子力学应用简介0410287张乾0410277刘友好0410224张俊生121世纪最重要的理论何为量子力学？描述微观状态下的力学1、穿遂效应2、测不准原理3、量子纠缠态4、电子自旋2穿遂效应3穿遂效应一个双壁结构，中间包含一个量子井，具有相当于量子井中能量的电子可以很容易穿遂通过这个结构。4穿遂效应5扫描隧道显微镜（STM）在金属探针及导电样品间加上小电压，并将两者的距离维持在数埃到数十埃之间，是探针尖端原子与样品表面的量子穿遂电流保持恒定值，而测得表面结构形状，具有原子解析度。6STM的基础框架7STM的应用进行原子表面修饰和单原子操纵，具有十分广阔的应用前景。原子操

2、纵最主要的目的是记忆体的制造与读取，每个有原子的位置相当于零。8原子操纵技术1990年，IBM研究人员首次在金属镍表面用35个惰性气体氙原子组成“IBM”三个英文字母。后来，又搬移近百颗铁原子形成“原子”二字。此结果成为杂志及国际研讨会的封面图案。9现有的相关技术----量子计算机一、量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。二、全球第一台量子计算机:由加拿大科技公司D-Wave，正式对外公布三、目前发展问题:1.只要受到任何一点微干扰，马上会死机，过热。2.稳定度不够。3.需在零下273度（绝对零度）下运作。传统计算机量子计算机1、在同一个上能能表示00、01、10

3、和11中的一种状态。2、因数分解执行速度慢1、N个存储位元可以同时储存2N个资料2、在一个时间上可以同时表示00、01、10和11四种状态3、资料传送能以接近光速的速度进行4、执行度是目前电脑的2的N次方10经典计算机的特点（1）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即

4、0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1

5、0110110＞＋C2

6、1001001＞。（2）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没

7、有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。11量子计算机的特点[1]量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；[2]量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。12比较由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计

8、算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作。13量子算法1994年PeterShor发现能快速完成因数分解的第一个量子算法，其可用来迅速破解现在的RSA资料加密系统。1996年LovGrover发现资料快速搜寻的量子演算法，加速了资料搜寻的速度，进而推广到多方面的应用。14量子计算机模拟图15全球首台商用量子计算机硅芯片以及负责制冷的超低温设备承载16个量子位的硅芯片16通讯中的量子加密现代的密码专家所遇到的挑战是，如何让发送者与接收者共同拥有一把钥匙，并保证不会外流。我们通常用一种称为“公开金钥加密法”的方法发送“秘密钥匙”（简称密钥或私钥），对传送的讯息加密或

9、解密。17前在公开金钥加密法中，最常用到的RSA密码演算法，就是应用因数分解的原理。在发送与接收者之间传递的秘密讯息，是以“公开钥匙”（简称公钥）加密，这个公钥是一个很大的数，例如408508091（实际上用的数会远大于此）。资料只能以接收者握有的密钥解开，这把密钥是公钥的两个因数，而在这个例子里就是18313与22307。18量子密码术和公开金钥加密法的差别在于，前者在量子电脑出现后仍然牢不可破！19量子加密原理要在两端传递量子加密钥匙，其中一种方法就是以雷射发出单一光子，光子会以两种模式中的其中一种偏振。光子的第一种偏振方向是垂直或平行（直线模式）；第二种则是与垂直呈

10、45度角（对角模式）。不管是哪一种模式，光子的不同指向分别代表0或1这两个数字。20量子加密原理依惯例，密码学者通常称发送者为爱丽丝，她以直线或对角随机模式送出光子，发射出一串位元。至于接收者则称为鲍伯，他也随机决定以两种模式之一来量测射入的位元。根据海森堡的测不准原理，他只能以一种模式来测量位元，而不能用两种。只有当鲍伯与爱丽丝选用相同的模式时，位元的指向才能保证是正确的，不会影响原来的数值。21量子加密原理首先是制作钥匙，爱丽丝让一个光子通过直线式或对角式偏振片里的0或1狭缝，同时记录下不同的指向。对于每个射入的位元，鲍伯