２００１年第２期
物理通报科学前沿
神奇的量子计算机
李世铮
（解放军信息工程大学基础部
河南郑州４５０（１０２）
摘要：简要地介绍了量子计算机的原理和优点，还介绍了量子计算机的一些基本概念，有量子叠加、量子纠缠、量子位、量子逻辑门和量子并行计算．
关键词：量子叠加中国分类号：ＴＰ３０１
量子纠缠
量子位
量子逻辑门
量子并行计算
文献标识码：Ａ
从１９４６年第一台计算机诞生以来，计算机给科学技术的发展和人们生活带来了翻天覆地的变化和极其深刻的影响．由于其他科学技术的发展又不断促进了计算机的
和量子纠缠１．１量子叠加
众所周知，量子系统服从态叠加原理，一个量子系统可以处于多个不同态的叠加态．比如一个二能级原子，该原子的基态用ｏ）表示，激发态用ｌ１）来表示，则该原子既
可只处于态Ｉｏ）或态Ｉ１），也可处于态１０）和ｌ１）的叠加态
研制和生产，使其发生了惊人的变化——
体积越来越小，运算速度越来越高，计算机已达每秒百亿次，芯片的分辨率直逼１０。１０当元件和电路的尺寸小到原子尺度时，单电
芯片的集成化程度越来越高．至今计算速度
ｚｌｒ原子分子量级．但是根据量子力学，
子的量子干涉效应将会影响甚至完全破坏芯片的功能，因此现代计算机进一步缩小计算机的体积，提高运算速度已经极其困难．
怎么办？能不能用量子规律来控制信息的传输和处理，将计算机技术和微观物理技术结合起来研制量子计算机呢？科学家们进行了理论和实验的探索，量子计算机的研制取得了令人瞩目的成就．
量子计算机是利用粒子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机，它以处于量子状态的粒子（如原子）作为中央处理器和内存．它与目前计算机的原理和构造有重大的差别．下面简单介绍一下与量子计算机有关的基本概念和它的优点．
１
Ｉ≯＞＝又ｏｏ＞＋Ａｌ
Ｉ
１）
处于叠加态的含义是原子可以同时处
于态ｌ０）和态Ｉ１）．
Ⅳ个原子的系统可以用２“维Ｈｉｌｂｅｔ空间的态矢
。
Ｉ以）：∑Ａｚ¨＞
Ｚ
来表示，其中Ｉｚ）＝Ｉｚｌ，Ｚ２，ｚ３……ｋ）
Ｚｉ＝｛０，１｝
１．２量子纠缠
我们以含有两个只有二个量子态的原子系统来说明量子纠缠．对此系统，它可处于的叠加态之一可表示为
Ｉ驴＋）２杰（Ｉｏ）ｌ
其中ｌ０）ｌ
１）２＋Ｉ１）１
ｏ）２）
１）２表示第一个原子处于态Ｊ０），
Ｏ）２表示第一
——≮——
量子信息与计算的基础——量子叠加
万方数据
第二个原子处于态Ｉ１），ｌ１）１
２００１年第２期
物理通报
科学前沿
个原子处于态Ｉ１），第二个原子处于态ｌｏ）．
显然当这两个原子处于叠加态Ｉ驴＋）时，我们只知道一个原子处于态ＩＯ），另一个原子
处于态Ｉ１），但是我们并不知道究竟哪个原子处于态ｌ０），哪个原子处于态Ｉ１）．因此这
两个原子是纠缠在一起的，我们就说这两个
原子处于纠缠态．
现代物理学已经证明：如果系统的波函数不能用组成该系统的粒子的波函数的乘积来表示，则该系统的状态就处在一个纠缠态，即系统的粒子的状态是互相纠缠在一起的．处于纠缠态的粒子有一个奇妙的特性：不管它们相距多么遥远（哪怕几光年），对其中一个粒子进行测量，必然会同时影响另外一个粒子，即我们只要确定了一个粒子所处
的状态，就可知另一个粒子所处的状态．且
量子纠缠态的这种神奇的关联效应不受任 何局域性假设限制，此特性使量子计算机可以实现量子并行算法，在量子信息技术中起着关键作用．
２
量子计算机的基本构件
２．１量子位
位是计算机的最小信息单元，实际上位
是一个有两个状态的物理系统，这两个状态
可以表示两个逻辑态叫或１．经典计算
机可用一个电容器的板间电压来表示一个示Ｏ．量子计算机的最小信息单元称为量子１．也可以是单个电子，电子的两个自旋本征态分别表示布尔逻辑态。和１，即量子位是用量子系统表示的位．现在已经提出，可以中光子的偏振；ＮＭＲ仪中溶液样品的核自和经典位不同的是，量子系统可分别处——６——
万方数据于两个不同的状态，可以处于叠加态，还可
以处于纠缠态．在叠加态时，可以同时编码０和１，这在经典信息理论中是不可能的．２．２量子逻辑门
量子计算机的核心是量子逻辑门．量子逻辑门要对量子位进行基本逻辑操作处理．对量子逻辑门的操作主要是对相应的量子态作么正变换．量子力学状态演化的么正性意味着计算的可逆性．因此基本逻辑门也必须是可逆的．经典计算机的基本逻辑门是与门和非门，与门是不可逆的．对量子计算机，与门、或门、异或门、与非门和或非门都不能
用．
可将不可逆逻辑门适当变化成为可逆逻辑门，如可逆异或门．图１表示一个２位可逆异或门，称为量子控制非门（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎ—
ｔｒｏｌｌｅｄ—ｎｏｔ
ｇａｔｅｓ）或量子异或门．图１中ａ称
为控制位，ｂ叫做目标位或靶位，①表示模为２的加法，或者叫异或运算．当ａ和ｂ处于不同的布尔逻辑态时，ａ④ｂ才是相应于布尔逻辑态１，否则为Ｏ．利用量子控制非门可
以构造３位通用量子逻辑门，即利用控制非
门和一位旋转操作，我们可以组成所有的可图１量子异或门
如何实现量子异或门，这是制造量子计实验方案：如利用原子和光腔的相互作用，逆操作，从而实现各种各样的运算．
位的状态：充电状态表示１，没有充电状态表位，它可以是前面我们提到的二能级原子，其基态和激发态分别代表布尔逻辑态０和用囚禁的离子或原子的基态和激发态；微腔旋来做量子位．
算机的一个关键问题，现在已经提出了诸多量子点技术和核磁共振技术等．据英国Ｎａｔｕｒｅ，２０００，４０３：８６９报道：牛津大学的乔纳森利用核磁共振技术，采用ＣＨＣｌ３作为实验
样品，以其中的１Ｈ原子与１３ｃ原子的核自旋构成量子逻辑门中两个量子比特的载体，用核磁共振谱仪调节器调制出依赖于路径变化的几何相位，然后选取不同的态参数路径，使相位保持不变或反相，造成自旋不变或反转，从而实现量子逻辑门的可控操作．
量子计算机的构成除了有量子逻辑门和存储信息的量子位外，还要涉及量子导线、量子密码等诸多理论和技术问题，这里
不一一讨论了．
３
量子计算机的优点
３．１量子计算机可以产生真随机数
如对二能级原子，处于１０）和Ｉ１）的叠
加态的原子受到适当的外场作用，以一定概率出现Ｊｏ＞态或Ｉ１）态，即Ｊｏ）态和Ｉ１）态是随机出现的，二态原子是随机位．因此量子计算机可以产生真随机数，而经典计算机 只能产生伪随机数．
３．２量子并行性使其具有经典计算机无以比拟的存储能力和运算速度
前面我们提到量子系统可以处于多个态的叠加态，具有量子纠缠的奇特现象．这使得量子计算机可以实现量子并行算法．具体说来即是经典计算机，一个二进制位只能一位二进制数．而量子计算机，一个量子位可存储两个数据，ｎ个量子位可同时存储２“个数据，具有经典计算机无与比拟的存储能力．如果我们用ｎ个量子位构成的寄存器寄ｌ妒＞＝乙Ｇ
．１２ｉｎ］＿ｌ
Ｉ菇）
ｚ＝０
对等振幅的叠加态
Ｄ
＝
上厄“∑一
万方数据
在这个态中，量子寄存器同时具有２“种可能的值．我们若对其进行一次操作，就相当于经典的２８次操作．比如计算一个函数ｆ（ｘ）在石＝０，１，２，３…２”１的函数值，经典计算机需要每给一个输入计算一次函数，需要计算２“次；而量子计算机则利用两个量子寄存器，一个装输入数据，一个装输出数据，把所有输入态叠加起来构成一个单独的初态，然后用么正演化算符坼作用一次就可以计算出全部２８个函数值．
．
２“一１
㈨＝吩（寿互ｈ”１
０）
．
２“一１
：去∑Ｉ石）Ｉ以并））￣／２ｎ舄～～””“
这就是量子并行计算．量子并行计算使计算机功能成指数增加，而经典并行计算使功能线性增加．因此其运算能力比经典计算机快几亿倍．
正因为此，利用量子计算机可解决许多用经典计算机不能解决的问题．比如大数因子分解问题，经典计算机要解决大数因子分解问题是不可能的，因为它用的时间是随着数的位数增加而指数增加，分解一个４００位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也需要用１０亿年的时间；而利用量子计算机分解，则仅仅需要不到一年的时间．另外大量数据查索和复杂的加密、解密领域，量子计算机也比经典计算机优越得多．因为从没有排序的含Ⅳ个数据的数据库中搜索一个确定的数据，用经典计算机平均需用ｉＩＶ次运算，利用量子并行算法，只需０（√Ｎ）次运
算．据估计用４０个量子比特的计算机，从一个包含全世界所有电话号码的数据库中准——１——
存储一个数据，ｎ个二进制位只能存储ｎ个存整数算，根据量子力学，这时寄存器的一般态是
确查找出一个指定号码只需短短的十凡分钟，而用１０台ＩＢＭ“深蓝”超级计算机，至少也需几个月的时间．
２００１年第２期
总之，由于量子计算机结合了２０世纪许多最杰出的发现和成果，具有神奇的性能，威力无比，妙不可言．它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关，因此各个发达国家都投入了大量的人力和物力进行研究，在理论和实验上都取得了突飞猛进的进展：１９９４年ＰｅｔｅｒＳｈｏｒ给出了第一个大数因子分解的量子算法，并成功地进行了１＋１：２的运算．２０００年８月１５日，美国国际商用机器公司（ＩＢＭ）科研小组在斯坦福大学向参加热点芯片２０００（ＨＯＴＣＨ一ＩＰＳ２Ｋ）计算技术会议的各国专家展示了迄
物理通报科学前沿
问题：处于叠加态或纠缠态的量子系统，会由不可避免的噪声而退相干，从而计算出错．如何解决？如何纠错？再有将大量原子囚禁起来形成多量子位还较困难．但无论怎样，量子计算机近年来所取得的令人瞩目的进展使人们坚信２１世纪的量子计算机可以很好地释放出那些蕴藏在物理学基本规律中的巨大力量，量子计算机终将取代传统模式的计算机，从而开创信息时代的新纪元．
参考文献
１
Ｒ・Ｆｅｙｍｎａｎ・Ｉｎｔ・Ｊ・Ｔｈｅｏｒ・Ｐｈｙｓ・２１・１９８２・４６７
８
２‰ｋ～・．Ｐｕｔｉｎｇ
３
Ｑｌｌ“嘶Ｃｏｍｐｕ‘“协姒１“８ｃｕｐｄ
今最尖端的“５比特量子电脑”——仅装着５
个氟原子的一组玻璃试管，并初步验证了量子计算技术所具有的超凡魔力．
当然，量子计算机还面临着许许多多的 困难，要研制出真正实用的量子计算机还有
郝柏林，张淑；．漫谈物理学和计算机．北京：科学出
版社，１９９２．１６８
Ｌ．Ｋ．Ｇｒｏｖｅｒ．Ｑｕａｎｔｕｍｍｃｈａｎｉｃｓ
ｎｅｅｄｌｅｉｎ
ａ
４
ｈｅｌｐ８
ｉｎ
ｓｅａｒｃｈｌｎｇ
ａ
ｈａｙｓｔａｃｋ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．１ｅｔｔ．７９，３２５，１９９７
ｃｏｌｄ
５
Ｊ．Ｃｉ“，Ｐ．Ｚｏｌｌｅｒ．Ｑｕ“岫。ｏｍｐｕ‘ａｔｉ。“ｗｉｔｈ
很长的路要走，比如相干量子系统的退相干ｔｒａｐｐｅｄｉｏｎｓＰｈｙ８・”・拓虮７４’４０９１’１９９５
Ｔｈｅ
ｍａｒｖｅｌｏｕｓｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＬｉＳｈｉｚｈｅｎｇ
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＺｈｅｎｇｚｈｏｕ
４５０００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｉｅｓｏｆｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｌｓｏ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｃｏｍｅｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｓｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｑｕａｎｔｕｍ
ｏｆｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
ｌｏｇｉｃ
ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｑｕａｎｔｕｍｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，ｑｕｂｉｔ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｇａｔｅｓａｎｄｑｕａｎｔｕｍｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｎｔｕｍｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，ｑｕｂｉｔ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｌｏｇｉｃｇａｔｅｓｑｕａｎｔｕｍｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．
万方数据一８一
神奇的量子计算机
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
李世铮， Li Shizheng
解放军信息工程大学,基础部,河南,郑州,450002物理通报
PHYSICS BULLETIN2001，""(2)0次
参考文献(5条)
1.R Feynman 查看详情 1982
2.Taubes G Putting a Quantum Computer to Work in a Cup of Coffee 1997(5298)3.郝柏林.张淑誉 漫谈物理学和计算机 1992
4.L K Grover Quantum mechanics helps in searching a needle in a haystack 19975.J Cirac.P Zoller Quantum computation with cold trappedions Phys 1995
相似文献(10条)
1.期刊论文 周奇年 量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠 -原子核物理评论2002,19(z1)
讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题: 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.
2.学位论文 李淑悦 离子阱中六粒子cluster态的制备和利用腔-QED实现两原子任意态的远程制备 2008
量子信息学是以量子力学的基本原理为基础，充分利用量子纠缠这一量子力学最显著的特点进行信息的操作和处理的新兴学科。它与经典信息学有根本的区别。
量子纠缠在量子信息科学中扮演着十分重要的角色。利用量子叠加性和相干性，可以实现量子计算机的并行计算，大大提高量子计算机的效率；隐形传态和量子态的远程制备等量子技术都是利用量子纠缠态作为通道实现的。
量子计算机物理实现方案中，离子阱方案是人们最为看好的方案之一，人们对其做了大量研究。多粒子纠缠态也是人们近几年的研究热点，特别是cluster态的提出并且被证明能够为单方向量子计算提供广泛资源，激发了人们更多的研究热情。我们在这里提出一种基于边带跃迁的离子阱中六粒子cluster态的制备方案，并且讨论了该方案的有效度。本方案中用到八次边带跃迁，每次边带跃迁的有效度为0.93，所以方案有效度为0.56。如果单个边带跃迁有效度能够提高，本方案有效度也会相应提高。另外，本方案中用到的技术在实验中已经实现。
量子密集编码和量子隐形传输的思想最早是由Bennett等提出的，它们都采用EPR对作为量子信道。在实际当中，由于热库引起的消相干问题，量子信道通常不易保持最大纠缠态，因此，本文提出一种利用腔-QED技术实现两原子任意态的远程制备方案，本方案优势为，作为通道的最大纠缠态是利用腔-QED制备的，由于原子受强经典场的驱动，原子与腔场的相互作用与场的光子数无关，这样可能消除腔泄露及环境热库对原子的影响，并且利用现有的腔-QED技术，本方案在实验上是可行的。
3.期刊论文 苏晓琴.郭光灿.SU Xiao-qin.GUO Guang-can 两种典型的量子通信技术 -广西大学学报（自然科学版）2005,30(1)
量子通信是量子信息中的一个重要分支,而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信.文章介绍了量子通信中量子叠加和量子纠缠的概念,并介绍两种量子通信技术的理论框架,同时也涉及了这个领域的实验研究进展.
4.学位论文 刘蓉蓉 基于量子广义粒子模型的信息自组织利用 2005
目前网络信息利用模式有许多根本性缺陷，网络完全按照用户指定的信息类型和信息源地址，搜索和提供用户所需要的信息，网络中海量的、随机的、并发的、分布的利用信息的行为，被看作是相互独立的、没有后效的行为。基于自组织的信息利用模式，能使网络动态自组织，给用户提供一个最佳的信源，过程对用户完全透明。自组织模式使信息利用行为不是孤立的无后效的。本文在广义细胞自动机模型的基础上，提出新的基于广义粒子模型(GPM)的信息自组织，每个粒子携带特定信息以一定概率在GPM阵列上自由移动，该概率与对象间的相似度有关。GPM将随机的信息利用行为转变为GPM阵列上粒子的自组织随机过程。由于量子理论的优越性，本文在广义粒子模型中引入量子特性，提出粒子聚合态与量子态的对应关系，量子系统演化和测量方式。本文提出的量子广义粒子模型中，利用了量子叠加性、并行性及纠缠性，大大提高了基于此模型的信息自组织速度。实验结果进一步证实了量子结合形态的优越性。
5.学位论文 郑小娟 囚禁离子系统的量子纠缠及其在量子信息中的应用 2007
离子阱已被广泛应用于科学技术研究的各个领域。尤其离子阱技术为量子计算和量子通信等一些具有诱人应用前景的理论研究提供了实验支持。自1995年Cirac和Zoller提出了囚禁离子量子计算方案以来，基于囚禁离子的量子信息处理的理论研究和实验探索取得了惊人的成就。利用囚禁离子与光场的相互作用，实验物理学家可以精确地操控囚禁离子的内部电子态和振动量子态，为可控条件下进行量子计算、量子通信等方面的研究提供了可靠的理论和实验基础。本文主要研究了多个囚禁离子量子纠缠态的制备、未知量子态的量子隐形传送、囚禁离子系统的量子计算和囚禁离子系统非经典态的制备等。本文的主要创新成果如下：
提出了一个简单制备三个热囚禁离子GHZ态的方案，并用这个GHZ态检验量子非定域性．再把此方案推广到Ⅳ个热囚禁离子GHZ态的制备。本方案的显著特点是：对囚禁离子振动模的加热不敏感；不需要对单个离子进行激光操控，这一点对目前的量子信息实验实现是非常重要的；另外，本方案操作简单，在GHZ态的制备过程中只需一步就可完成。
提出了在离子阱系统中进行未知单离子内态和未知两离子内纠缠态的量子隐形传送的有效方案，并把本方案推广到隐形传送N个离子的类电子纠缠GHZ态。本方案的显著特点是：对振动模的加热不敏感；通过对离子内态的测量可以精确区分四个Bell态以及其它的纠缠态；量子隐形传送的成功几率达到1。
提出了在高Q腔中实现单个囚禁离子系统的基本两量子逻辑门方案。本方案可以实现不受兰姆-狄克参数限制的量子相位门、交换门和控制非门操作，其中量子相位门操作包括涉及腔模和囚禁离子振动模的两比特量子逻辑门操作、涉及腔模和囚禁离子内态的两比特量子逻辑门操作以及涉及囚禁离子内态和外态的两比特量子逻辑门操作。本方案既不受兰姆．狄克参数限制，也不需要辅助能级；腔模和囚禁离子振动模的两量子逻辑门操作对离子内态的自发辐射不敏感，囚禁离子内态和外态的两量子逻辑门操作对腔的衰减不敏感，这一特点对实现量子计算有非常重要的意义。另外详细分析了这些逻
辑门操作在实验上的可行性。提出了在光学腔中制备单个囚禁离子振动模与腔场模的双模非经典态的有效方案，该方案可以制备SU(2)薛定谔猫态、纠缠相干态、和双模压缩真空态。该方案在强激发区域操作，因而操作速度大大提高。
提出了一个快速制备Ⅳ个囚禁离子集体运动的量子相干叠加态方案。方案中使用了单个驻波激光场与离子的载波共振．本方案的显著特点是：囚禁离子的数目原则上可以是任意整数，所需时间由激光强度决定。另外，只要照射到离子上的场是空间均匀的，本方案唯一依赖于离子数目N的参数是运用激光脉冲的时间．因此本方案适合于制备较大的囚禁离子介观量子叠加态，有助于在实验上研究退相干过程。
6.期刊论文 李世铮.余仲秋.卢洵.LI Shi-zheng.YU Zhong-qiu.LU Xun 新一代的计算机 -信息工程大学学报2000,1(4)
本文简要地介绍了超导计算机,光计算机和量子计算机的原理和优点.并介绍了量子计算机的一些基本概念:量子叠加,量子纠缠,量子位和量子逻辑门.
7.学位论文 温晓军 安全量子身份认证与信息签名协议的研究 2007
通信安全是信息社会的一个突出问题。传统密码体制从物理的角度来看，由于其对简单的窃听攻击无法检测；从数学的角度来看，传统密码体制大多是基于计算复杂性设计密码算法，而随着计算能力的提高，这些算法很容易被攻破。然而传统密码体制的两大缺陷被证明可以用量子密码技术弥补，这是由量子密码的两个基本特征一无条件安全性和对窃听的可检测性决定的。本文紧跟量子密码领域的前沿热点课题，设计了一系列基于量子纠缠特性的量子认证协议，并从安全性和效率等方面对所设计的协议作了深入的分析。这些认证协议包括量子身份认证协议、量子签名协议以及量子安全直接通信协议，本文主要取得了以下创新性成果：
在量子身份认证方面，(1)提出了一种量子局域网中的身份认证协议。本协议解决了量子通信网络中的登录用户的身份识别问题，再结合量子密钥分配，可以保证一个局域网络中信息传输的绝对安全。(2)提出了一种分布式量子通信网络中的身份认证协议。本协议解决了跨网段量子通信网络中的登录用户的身份识别问题。
在单用户量子签名方面，(1)提出了一种基于量子纠缠交换的量子数字签名协议。对经典数字信息进行签名，量子纠缠交换容易实现，需要系统管理员支持。(2)提出两个基于EPR光子对的信息签名协议。一个利用对EPR的测量结果进行比较进行签名验证而另一个则利用量子远程通信来实现。这两个协议不需要仲裁及密钥。(3)提出了一个可信量子数字签名协议。对经典数字信息进行签名，一般情况下不需要第三方参与签名和认证，除非有争议发生。(4)提出了一个无仲裁签名协议，能对量子叠加态信息进行签名，且不需要系统管理员或仲裁参与。单用户量子签名可以用在银行根据客户签名代付帐单的场合。
在多用户量子签名方面，(1)提出了一种基于可控量子远程通信的多重量子数字签名协议。该协议支持两个用户同时对经典数字信息进行签名。(2)提出了一种基于可控量子远程通信的多重量子信息签名协议。该协议支持两用户同时对一般叠加态的量子信息进行签名。以上两种多用户量子签名协议可以应用在一份非常重要的文件，必须两人同时签名才生效的场合。(3)研究了量子有序多重数字签名问题，并提出一种基于纠缠交换的量子有序多重数字签名协议。该协议对经典数字信息签名，不受签名用户数量的限制，适用于一份文件必须经过逐级签名才生效的场合。(4)研究了量子广播多重签名问题，并提出了一个数字广播签名及一个量子信息广播签名协议。它们的特点是不受签名用户数量的限制，适合于一份文件必须经过全体人员签名才生效的场合。在量子安全直接通信方面，提出了一个安全量子电话协议，本协议包括量子拨号和量子通话两个过程。在量子拨号过程中，合法用户Bob 和Alice凭着各自的电话密钥通过Charlie(相当于电话公司)的身份校验。在量子通话程序中，Charlie给通信双方提供量子轨道序列，利用量子轨道，双方通过一些编码操作实现秘密通话。与不安全的经典电话系统相比，本文提出的量子电话协议具有渐进性安全且通信者不能抵赖所占用的量子轨道。
8.期刊论文 郑宝玉.赵生妹.李飞 信息理论的新进展——量子信息论与量子神经计算 -南京邮电学院学报(自然科学版)2002,22(3)
正如信息论是现有通信和信息处理的理论指导一样,基于量子力学原理的量子信息论将成为下一代通信模式--量子通信的理论基础,量子计算与神经计算相结合的量子神经计算将成为未来信息处理的重要手段.从量子信息基础出发,讨论量子信息论和量子神经计算两个方面,前者涉及量子信源编码、量子纠错编码、量子信道容量计算以及量子信息加密等内容;后者涉及量子神经计算基本原理.并就量子信息理论与现有信息论、经典神经网络与量子神经网络之间的异同之处加以比较.
9.学位论文 韩永建 多体系统量子纠缠的研究 2005
本论文对量子信息中一些重要而基础的问题进行了研究，尤其是多体纠缠及其相关的问题，包含一些重要的研究成果,量子纠缠度量是整个量子信息理论的核心。到现在为止，关于两比特纯态的纠缠度量已经很好的解决了。同时，两比特混态的生成纠缠也已经解决了。但对于其他的情况我们还知之甚少。这为多体纠缠的研究提供了一种新的途径，同时这也是研究纠缠分配的重要途径。接着作者利用变分法的原理，给出一套方法来获得单粒子约化密度矩阵相容的必要条件；与此同时，作者还给出一套构造方法来寻找单粒子相容的充分条件。这些结果被审稿人认为是原创性的工作。
对于包含两体约化密度矩阵的三粒子相容问题，作者也利用这一方法进行了有效的研究。在量子力学中，由于量子叠加原理的要求，精确克隆一个未知的量子态是不可能的。由于这个限制，考虑非精确克隆的保真度成为一个很重要的问题。另一方面，实际的量子密码系统都是编码在一定的量子态集上的，非精确克隆的保真度是衡量系统安全性的重要参数。作者利用球面上的柯西不等式，给出了一个非常简单的，几何意义明确的量子克隆(与态相关的)的全局保真度的上界。这也是利用这种克隆方案进行窃听的所能取得的上界。利用此结果可以对量子密码系统的安全性进行评估。
10.期刊论文 左战春.李媛.夏云杰 J-C模型中原子的自发辐射与量子纠缠态 -曲阜师范大学学报(自然科学版)2002,28(4)
通过对旋波近似下J-C模型中的二能级原子与单模场相互作用体系的研究,得到激发态原子将演化为场和原子的耦合叠加态-纠缠态.原子偶极矩的期待值总是零,但偶极矩的起伏恒等于一个不为零的常数,因此,原子的自发辐射是由偶极矩的涨落引起的,并非原子偶极矩振荡造成的结果.具体研究这种纠缠态的性质得出:原子与场纠缠体系的信息熵和纠缠度随时间做周期性的振荡,并且和原子与场间的耦合系数及失谐程度有关,量子态在非纠缠态与纠缠态之间变化.在微小失谐量时,量子态将长时间停留在纠缠态.
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wltb200102002.aspx
授权使用：云南大学(yndx)，授权号：a3d3fbae-01d2-42a2-b7c9-9da200deea06，下载时间：2010年6月27日
２００１年第２期
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神奇的量子计算机
李世铮
（解放军信息工程大学基础部
河南郑州４５０（１０２）
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关键词：量子叠加中国分类号：ＴＰ３０１
量子纠缠
量子位
量子逻辑门
量子并行计算
文献标识码：Ａ
从１９４６年第一台计算机诞生以来，计算机给科学技术的发展和人们生活带来了翻天覆地的变化和极其深刻的影响．由于其他科学技术的发展又不断促进了计算机的
和量子纠缠１．１量子叠加
众所周知，量子系统服从态叠加原理，一个量子系统可以处于多个不同态的叠加态．比如一个二能级原子，该原子的基态用ｏ）表示，激发态用ｌ１）来表示，则该原子既
可只处于态Ｉｏ）或态Ｉ１），也可处于态１０）和ｌ１）的叠加态
研制和生产，使其发生了惊人的变化——
体积越来越小，运算速度越来越高，计算机已达每秒百亿次，芯片的分辨率直逼１０。１０当元件和电路的尺寸小到原子尺度时，单电
芯片的集成化程度越来越高．至今计算速度
ｚｌｒ原子分子量级．但是根据量子力学，
子的量子干涉效应将会影响甚至完全破坏芯片的功能，因此现代计算机进一步缩小计算机的体积，提高运算速度已经极其困难．
怎么办？能不能用量子规律来控制信息的传输和处理，将计算机技术和微观物理技术结合起来研制量子计算机呢？科学家们进行了理论和实验的探索，量子计算机的研制取得了令人瞩目的成就．
量子计算机是利用粒子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机，它以处于量子状态的粒子（如原子）作为中央处理器和内存．它与目前计算机的原理和构造有重大的差别．下面简单介绍一下与量子计算机有关的基本概念和它的优点．
１
Ｉ≯＞＝又ｏｏ＞＋Ａｌ
Ｉ
１）
处于叠加态的含义是原子可以同时处
于态ｌ０）和态Ｉ１）．
Ⅳ个原子的系统可以用２“维Ｈｉｌｂｅｔ空间的态矢
。
Ｉ以）：∑Ａｚ¨＞
Ｚ
来表示，其中Ｉｚ）＝Ｉｚｌ，Ｚ２，ｚ３……ｋ）
Ｚｉ＝｛０，１｝
１．２量子纠缠
我们以含有两个只有二个量子态的原子系统来说明量子纠缠．对此系统，它可处于的叠加态之一可表示为
Ｉ驴＋）２杰（Ｉｏ）ｌ
其中ｌ０）ｌ
１）２＋Ｉ１）１
ｏ）２）
１）２表示第一个原子处于态Ｊ０），
Ｏ）２表示第一
——≮——
量子信息与计算的基础——量子叠加
万方数据
第二个原子处于态Ｉ１），ｌ１）１
２００１年第２期
物理通报
科学前沿
个原子处于态Ｉ１），第二个原子处于态ｌｏ）．
显然当这两个原子处于叠加态Ｉ驴＋）时，我们只知道一个原子处于态ＩＯ），另一个原子
处于态Ｉ１），但是我们并不知道究竟哪个原子处于态ｌ０），哪个原子处于态Ｉ１）．因此这
两个原子是纠缠在一起的，我们就说这两个
原子处于纠缠态．
现代物理学已经证明：如果系统的波函数不能用组成该系统的粒子的波函数的乘积来表示，则该系统的状态就处在一个纠缠态，即系统的粒子的状态是互相纠缠在一起的．处于纠缠态的粒子有一个奇妙的特性：不管它们相距多么遥远（哪怕几光年），对其中一个粒子进行测量，必然会同时影响另外一个粒子，即我们只要确定了一个粒子所处
的状态，就可知另一个粒子所处的状态．且
量子纠缠态的这种神奇的关联效应不受任 何局域性假设限制，此特性使量子计算机可以实现量子并行算法，在量子信息技术中起着关键作用．
２
量子计算机的基本构件
２．１量子位
位是计算机的最小信息单元，实际上位
是一个有两个状态的物理系统，这两个状态
可以表示两个逻辑态叫或１．经典计算
机可用一个电容器的板间电压来表示一个示Ｏ．量子计算机的最小信息单元称为量子１．也可以是单个电子，电子的两个自旋本征态分别表示布尔逻辑态。和１，即量子位是用量子系统表示的位．现在已经提出，可以中光子的偏振；ＮＭＲ仪中溶液样品的核自和经典位不同的是，量子系统可分别处——６——
万方数据于两个不同的状态，可以处于叠加态，还可
以处于纠缠态．在叠加态时，可以同时编码０和１，这在经典信息理论中是不可能的．２．２量子逻辑门
量子计算机的核心是量子逻辑门．量子逻辑门要对量子位进行基本逻辑操作处理．对量子逻辑门的操作主要是对相应的量子态作么正变换．量子力学状态演化的么正性意味着计算的可逆性．因此基本逻辑门也必须是可逆的．经典计算机的基本逻辑门是与门和非门，与门是不可逆的．对量子计算机，与门、或门、异或门、与非门和或非门都不能
用．
可将不可逆逻辑门适当变化成为可逆逻辑门，如可逆异或门．图１表示一个２位可逆异或门，称为量子控制非门（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎ—
ｔｒｏｌｌｅｄ—ｎｏｔ
ｇａｔｅｓ）或量子异或门．图１中ａ称
为控制位，ｂ叫做目标位或靶位，①表示模为２的加法，或者叫异或运算．当ａ和ｂ处于不同的布尔逻辑态时，ａ④ｂ才是相应于布尔逻辑态１，否则为Ｏ．利用量子控制非门可
以构造３位通用量子逻辑门，即利用控制非
门和一位旋转操作，我们可以组成所有的可图１量子异或门
如何实现量子异或门，这是制造量子计实验方案：如利用原子和光腔的相互作用，逆操作，从而实现各种各样的运算．
位的状态：充电状态表示１，没有充电状态表位，它可以是前面我们提到的二能级原子，其基态和激发态分别代表布尔逻辑态０和用囚禁的离子或原子的基态和激发态；微腔旋来做量子位．
算机的一个关键问题，现在已经提出了诸多量子点技术和核磁共振技术等．据英国Ｎａｔｕｒｅ，２０００，４０３：８６９报道：牛津大学的乔纳森利用核磁共振技术，采用ＣＨＣｌ３作为实验
样品，以其中的１Ｈ原子与１３ｃ原子的核自旋构成量子逻辑门中两个量子比特的载体，用核磁共振谱仪调节器调制出依赖于路径变化的几何相位，然后选取不同的态参数路径，使相位保持不变或反相，造成自旋不变或反转，从而实现量子逻辑门的可控操作．
量子计算机的构成除了有量子逻辑门和存储信息的量子位外，还要涉及量子导线、量子密码等诸多理论和技术问题，这里
不一一讨论了．
３
量子计算机的优点
３．１量子计算机可以产生真随机数
如对二能级原子，处于１０）和Ｉ１）的叠
加态的原子受到适当的外场作用，以一定概率出现Ｊｏ＞态或Ｉ１）态，即Ｊｏ）态和Ｉ１）态是随机出现的，二态原子是随机位．因此量子计算机可以产生真随机数，而经典计算机 只能产生伪随机数．
３．２量子并行性使其具有经典计算机无以比拟的存储能力和运算速度
前面我们提到量子系统可以处于多个态的叠加态，具有量子纠缠的奇特现象．这使得量子计算机可以实现量子并行算法．具体说来即是经典计算机，一个二进制位只能一位二进制数．而量子计算机，一个量子位可存储两个数据，ｎ个量子位可同时存储２“个数据，具有经典计算机无与比拟的存储能力．如果我们用ｎ个量子位构成的寄存器寄ｌ妒＞＝乙Ｇ
．１２ｉｎ］＿ｌ
Ｉ菇）
ｚ＝０
对等振幅的叠加态
Ｄ
＝
上厄“∑一
万方数据
在这个态中，量子寄存器同时具有２“种可能的值．我们若对其进行一次操作，就相当于经典的２８次操作．比如计算一个函数ｆ（ｘ）在石＝０，１，２，３…２”１的函数值，经典计算机需要每给一个输入计算一次函数，需要计算２“次；而量子计算机则利用两个量子寄存器，一个装输入数据，一个装输出数据，把所有输入态叠加起来构成一个单独的初态，然后用么正演化算符坼作用一次就可以计算出全部２８个函数值．
．
２“一１
㈨＝吩（寿互ｈ”１
０）
．
２“一１
：去∑Ｉ石）Ｉ以并））￣／２ｎ舄～～””“
这就是量子并行计算．量子并行计算使计算机功能成指数增加，而经典并行计算使功能线性增加．因此其运算能力比经典计算机快几亿倍．
正因为此，利用量子计算机可解决许多用经典计算机不能解决的问题．比如大数因子分解问题，经典计算机要解决大数因子分解问题是不可能的，因为它用的时间是随着数的位数增加而指数增加，分解一个４００位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也需要用１０亿年的时间；而利用量子计算机分解，则仅仅需要不到一年的时间．另外大量数据查索和复杂的加密、解密领域，量子计算机也比经典计算机优越得多．因为从没有排序的含Ⅳ个数据的数据库中搜索一个确定的数据，用经典计算机平均需用ｉＩＶ次运算，利用量子并行算法，只需０（√Ｎ）次运
算．据估计用４０个量子比特的计算机，从一个包含全世界所有电话号码的数据库中准——１——
存储一个数据，ｎ个二进制位只能存储ｎ个存整数算，根据量子力学，这时寄存器的一般态是
确查找出一个指定号码只需短短的十凡分钟，而用１０台ＩＢＭ“深蓝”超级计算机，至少也需几个月的时间．
２００１年第２期
总之，由于量子计算机结合了２０世纪许多最杰出的发现和成果，具有神奇的性能，威力无比，妙不可言．它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关，因此各个发达国家都投入了大量的人力和物力进行研究，在理论和实验上都取得了突飞猛进的进展：１９９４年ＰｅｔｅｒＳｈｏｒ给出了第一个大数因子分解的量子算法，并成功地进行了１＋１：２的运算．２０００年８月１５日，美国国际商用机器公司（ＩＢＭ）科研小组在斯坦福大学向参加热点芯片２０００（ＨＯＴＣＨ一ＩＰＳ２Ｋ）计算技术会议的各国专家展示了迄
物理通报科学前沿
问题：处于叠加态或纠缠态的量子系统，会由不可避免的噪声而退相干，从而计算出错．如何解决？如何纠错？再有将大量原子囚禁起来形成多量子位还较困难．但无论怎样，量子计算机近年来所取得的令人瞩目的进展使人们坚信２１世纪的量子计算机可以很好地释放出那些蕴藏在物理学基本规律中的巨大力量，量子计算机终将取代传统模式的计算机，从而开创信息时代的新纪元．
参考文献
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Ｑｌｌ“嘶Ｃｏｍｐｕ‘“协姒１“８ｃｕｐｄ
今最尖端的“５比特量子电脑”——仅装着５
个氟原子的一组玻璃试管，并初步验证了量子计算技术所具有的超凡魔力．
当然，量子计算机还面临着许许多多的 困难，要研制出真正实用的量子计算机还有
郝柏林，张淑；．漫谈物理学和计算机．北京：科学出
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很长的路要走，比如相干量子系统的退相干ｔｒａｐｐｅｄｉｏｎｓＰｈｙ８・”・拓虮７４’４０９１’１９９５
Ｔｈｅ
ｍａｒｖｅｌｏｕｓｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＬｉＳｈｉｚｈｅｎｇ
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＺｈｅｎｇｚｈｏｕ
４５０００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｉｅｓｏｆｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｌｓｏ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｃｏｍｅｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｓｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｑｕａｎｔｕｍ
ｏｆｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
ｌｏｇｉｃ
ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｑｕａｎｔｕｍｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，ｑｕｂｉｔ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｇａｔｅｓａｎｄｑｕａｎｔｕｍｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｎｔｕｍｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，ｑｕｂｉｔ，ｑｕａｎｔｕｍ
ｌｏｇｉｃｇａｔｅｓｑｕａｎｔｕｍｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．
万方数据一８一
神奇的量子计算机
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
李世铮， Li Shizheng
解放军信息工程大学,基础部,河南,郑州,450002物理通报
PHYSICS BULLETIN2001，""(2)0次
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相似文献(10条)
1.期刊论文 周奇年 量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠 -原子核物理评论2002,19(z1)
讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题: 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.
2.学位论文 李淑悦 离子阱中六粒子cluster态的制备和利用腔-QED实现两原子任意态的远程制备 2008
量子信息学是以量子力学的基本原理为基础，充分利用量子纠缠这一量子力学最显著的特点进行信息的操作和处理的新兴学科。它与经典信息学有根本的区别。
量子纠缠在量子信息科学中扮演着十分重要的角色。利用量子叠加性和相干性，可以实现量子计算机的并行计算，大大提高量子计算机的效率；隐形传态和量子态的远程制备等量子技术都是利用量子纠缠态作为通道实现的。
量子计算机物理实现方案中，离子阱方案是人们最为看好的方案之一，人们对其做了大量研究。多粒子纠缠态也是人们近几年的研究热点，特别是cluster态的提出并且被证明能够为单方向量子计算提供广泛资源，激发了人们更多的研究热情。我们在这里提出一种基于边带跃迁的离子阱中六粒子cluster态的制备方案，并且讨论了该方案的有效度。本方案中用到八次边带跃迁，每次边带跃迁的有效度为0.93，所以方案有效度为0.56。如果单个边带跃迁有效度能够提高，本方案有效度也会相应提高。另外，本方案中用到的技术在实验中已经实现。
量子密集编码和量子隐形传输的思想最早是由Bennett等提出的，它们都采用EPR对作为量子信道。在实际当中，由于热库引起的消相干问题，量子信道通常不易保持最大纠缠态，因此，本文提出一种利用腔-QED技术实现两原子任意态的远程制备方案，本方案优势为，作为通道的最大纠缠态是利用腔-QED制备的，由于原子受强经典场的驱动，原子与腔场的相互作用与场的光子数无关，这样可能消除腔泄露及环境热库对原子的影响，并且利用现有的腔-QED技术，本方案在实验上是可行的。
3.期刊论文 苏晓琴.郭光灿.SU Xiao-qin.GUO Guang-can 两种典型的量子通信技术 -广西大学学报（自然科学版）2005,30(1)
量子通信是量子信息中的一个重要分支,而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信.文章介绍了量子通信中量子叠加和量子纠缠的概念,并介绍两种量子通信技术的理论框架,同时也涉及了这个领域的实验研究进展.
4.学位论文 刘蓉蓉 基于量子广义粒子模型的信息自组织利用 2005
目前网络信息利用模式有许多根本性缺陷，网络完全按照用户指定的信息类型和信息源地址，搜索和提供用户所需要的信息，网络中海量的、随机的、并发的、分布的利用信息的行为，被看作是相互独立的、没有后效的行为。基于自组织的信息利用模式，能使网络动态自组织，给用户提供一个最佳的信源，过程对用户完全透明。自组织模式使信息利用行为不是孤立的无后效的。本文在广义细胞自动机模型的基础上，提出新的基于广义粒子模型(GPM)的信息自组织，每个粒子携带特定信息以一定概率在GPM阵列上自由移动，该概率与对象间的相似度有关。GPM将随机的信息利用行为转变为GPM阵列上粒子的自组织随机过程。由于量子理论的优越性，本文在广义粒子模型中引入量子特性，提出粒子聚合态与量子态的对应关系，量子系统演化和测量方式。本文提出的量子广义粒子模型中，利用了量子叠加性、并行性及纠缠性，大大提高了基于此模型的信息自组织速度。实验结果进一步证实了量子结合形态的优越性。
5.学位论文 郑小娟 囚禁离子系统的量子纠缠及其在量子信息中的应用 2007
离子阱已被广泛应用于科学技术研究的各个领域。尤其离子阱技术为量子计算和量子通信等一些具有诱人应用前景的理论研究提供了实验支持。自1995年Cirac和Zoller提出了囚禁离子量子计算方案以来，基于囚禁离子的量子信息处理的理论研究和实验探索取得了惊人的成就。利用囚禁离子与光场的相互作用，实验物理学家可以精确地操控囚禁离子的内部电子态和振动量子态，为可控条件下进行量子计算、量子通信等方面的研究提供了可靠的理论和实验基础。本文主要研究了多个囚禁离子量子纠缠态的制备、未知量子态的量子隐形传送、囚禁离子系统的量子计算和囚禁离子系统非经典态的制备等。本文的主要创新成果如下：
提出了一个简单制备三个热囚禁离子GHZ态的方案，并用这个GHZ态检验量子非定域性．再把此方案推广到Ⅳ个热囚禁离子GHZ态的制备。本方案的显著特点是：对囚禁离子振动模的加热不敏感；不需要对单个离子进行激光操控，这一点对目前的量子信息实验实现是非常重要的；另外，本方案操作简单，在GHZ态的制备过程中只需一步就可完成。
提出了在离子阱系统中进行未知单离子内态和未知两离子内纠缠态的量子隐形传送的有效方案，并把本方案推广到隐形传送N个离子的类电子纠缠GHZ态。本方案的显著特点是：对振动模的加热不敏感；通过对离子内态的测量可以精确区分四个Bell态以及其它的纠缠态；量子隐形传送的成功几率达到1。
提出了在高Q腔中实现单个囚禁离子系统的基本两量子逻辑门方案。本方案可以实现不受兰姆-狄克参数限制的量子相位门、交换门和控制非门操作，其中量子相位门操作包括涉及腔模和囚禁离子振动模的两比特量子逻辑门操作、涉及腔模和囚禁离子内态的两比特量子逻辑门操作以及涉及囚禁离子内态和外态的两比特量子逻辑门操作。本方案既不受兰姆．狄克参数限制，也不需要辅助能级；腔模和囚禁离子振动模的两量子逻辑门操作对离子内态的自发辐射不敏感，囚禁离子内态和外态的两量子逻辑门操作对腔的衰减不敏感，这一特点对实现量子计算有非常重要的意义。另外详细分析了这些逻
辑门操作在实验上的可行性。提出了在光学腔中制备单个囚禁离子振动模与腔场模的双模非经典态的有效方案，该方案可以制备SU(2)薛定谔猫态、纠缠相干态、和双模压缩真空态。该方案在强激发区域操作，因而操作速度大大提高。
提出了一个快速制备Ⅳ个囚禁离子集体运动的量子相干叠加态方案。方案中使用了单个驻波激光场与离子的载波共振．本方案的显著特点是：囚禁离子的数目原则上可以是任意整数，所需时间由激光强度决定。另外，只要照射到离子上的场是空间均匀的，本方案唯一依赖于离子数目N的参数是运用激光脉冲的时间．因此本方案适合于制备较大的囚禁离子介观量子叠加态，有助于在实验上研究退相干过程。
6.期刊论文 李世铮.余仲秋.卢洵.LI Shi-zheng.YU Zhong-qiu.LU Xun 新一代的计算机 -信息工程大学学报2000,1(4)
本文简要地介绍了超导计算机,光计算机和量子计算机的原理和优点.并介绍了量子计算机的一些基本概念:量子叠加,量子纠缠,量子位和量子逻辑门.
7.学位论文 温晓军 安全量子身份认证与信息签名协议的研究 2007
通信安全是信息社会的一个突出问题。传统密码体制从物理的角度来看，由于其对简单的窃听攻击无法检测；从数学的角度来看，传统密码体制大多是基于计算复杂性设计密码算法，而随着计算能力的提高，这些算法很容易被攻破。然而传统密码体制的两大缺陷被证明可以用量子密码技术弥补，这是由量子密码的两个基本特征一无条件安全性和对窃听的可检测性决定的。本文紧跟量子密码领域的前沿热点课题，设计了一系列基于量子纠缠特性的量子认证协议，并从安全性和效率等方面对所设计的协议作了深入的分析。这些认证协议包括量子身份认证协议、量子签名协议以及量子安全直接通信协议，本文主要取得了以下创新性成果：
在量子身份认证方面，(1)提出了一种量子局域网中的身份认证协议。本协议解决了量子通信网络中的登录用户的身份识别问题，再结合量子密钥分配，可以保证一个局域网络中信息传输的绝对安全。(2)提出了一种分布式量子通信网络中的身份认证协议。本协议解决了跨网段量子通信网络中的登录用户的身份识别问题。
在单用户量子签名方面，(1)提出了一种基于量子纠缠交换的量子数字签名协议。对经典数字信息进行签名，量子纠缠交换容易实现，需要系统管理员支持。(2)提出两个基于EPR光子对的信息签名协议。一个利用对EPR的测量结果进行比较进行签名验证而另一个则利用量子远程通信来实现。这两个协议不需要仲裁及密钥。(3)提出了一个可信量子数字签名协议。对经典数字信息进行签名，一般情况下不需要第三方参与签名和认证，除非有争议发生。(4)提出了一个无仲裁签名协议，能对量子叠加态信息进行签名，且不需要系统管理员或仲裁参与。单用户量子签名可以用在银行根据客户签名代付帐单的场合。
在多用户量子签名方面，(1)提出了一种基于可控量子远程通信的多重量子数字签名协议。该协议支持两个用户同时对经典数字信息进行签名。(2)提出了一种基于可控量子远程通信的多重量子信息签名协议。该协议支持两用户同时对一般叠加态的量子信息进行签名。以上两种多用户量子签名协议可以应用在一份非常重要的文件，必须两人同时签名才生效的场合。(3)研究了量子有序多重数字签名问题，并提出一种基于纠缠交换的量子有序多重数字签名协议。该协议对经典数字信息签名，不受签名用户数量的限制，适用于一份文件必须经过逐级签名才生效的场合。(4)研究了量子广播多重签名问题，并提出了一个数字广播签名及一个量子信息广播签名协议。它们的特点是不受签名用户数量的限制，适合于一份文件必须经过全体人员签名才生效的场合。在量子安全直接通信方面，提出了一个安全量子电话协议，本协议包括量子拨号和量子通话两个过程。在量子拨号过程中，合法用户Bob 和Alice凭着各自的电话密钥通过Charlie(相当于电话公司)的身份校验。在量子通话程序中，Charlie给通信双方提供量子轨道序列，利用量子轨道，双方通过一些编码操作实现秘密通话。与不安全的经典电话系统相比，本文提出的量子电话协议具有渐进性安全且通信者不能抵赖所占用的量子轨道。
8.期刊论文 郑宝玉.赵生妹.李飞 信息理论的新进展——量子信息论与量子神经计算 -南京邮电学院学报(自然科学版)2002,22(3)
正如信息论是现有通信和信息处理的理论指导一样,基于量子力学原理的量子信息论将成为下一代通信模式--量子通信的理论基础,量子计算与神经计算相结合的量子神经计算将成为未来信息处理的重要手段.从量子信息基础出发,讨论量子信息论和量子神经计算两个方面,前者涉及量子信源编码、量子纠错编码、量子信道容量计算以及量子信息加密等内容;后者涉及量子神经计算基本原理.并就量子信息理论与现有信息论、经典神经网络与量子神经网络之间的异同之处加以比较.
9.学位论文 韩永建 多体系统量子纠缠的研究 2005
本论文对量子信息中一些重要而基础的问题进行了研究，尤其是多体纠缠及其相关的问题，包含一些重要的研究成果,量子纠缠度量是整个量子信息理论的核心。到现在为止，关于两比特纯态的纠缠度量已经很好的解决了。同时，两比特混态的生成纠缠也已经解决了。但对于其他的情况我们还知之甚少。这为多体纠缠的研究提供了一种新的途径，同时这也是研究纠缠分配的重要途径。接着作者利用变分法的原理，给出一套方法来获得单粒子约化密度矩阵相容的必要条件；与此同时，作者还给出一套构造方法来寻找单粒子相容的充分条件。这些结果被审稿人认为是原创性的工作。
对于包含两体约化密度矩阵的三粒子相容问题，作者也利用这一方法进行了有效的研究。在量子力学中，由于量子叠加原理的要求，精确克隆一个未知的量子态是不可能的。由于这个限制，考虑非精确克隆的保真度成为一个很重要的问题。另一方面，实际的量子密码系统都是编码在一定的量子态集上的，非精确克隆的保真度是衡量系统安全性的重要参数。作者利用球面上的柯西不等式，给出了一个非常简单的，几何意义明确的量子克隆(与态相关的)的全局保真度的上界。这也是利用这种克隆方案进行窃听的所能取得的上界。利用此结果可以对量子密码系统的安全性进行评估。
10.期刊论文 左战春.李媛.夏云杰 J-C模型中原子的自发辐射与量子纠缠态 -曲阜师范大学学报(自然科学版)2002,28(4)
通过对旋波近似下J-C模型中的二能级原子与单模场相互作用体系的研究,得到激发态原子将演化为场和原子的耦合叠加态-纠缠态.原子偶极矩的期待值总是零,但偶极矩的起伏恒等于一个不为零的常数,因此,原子的自发辐射是由偶极矩的涨落引起的,并非原子偶极矩振荡造成的结果.具体研究这种纠缠态的性质得出:原子与场纠缠体系的信息熵和纠缠度随时间做周期性的振荡,并且和原子与场间的耦合系数及失谐程度有关,量子态在非纠缠态与纠缠态之间变化.在微小失谐量时,量子态将长时间停留在纠缠态.
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wltb200102002.aspx
授权使用：云南大学(yndx)，授权号：a3d3fbae-01d2-42a2-b7c9-9da200deea06，下载时间：2010年6月27日