量子隐形传态的逻辑线路及其模拟实现的研究

论文摘要

量子隐形传态（简称QT）一词最初来源于科幻小说,隐形传态是指一种无踪的传送过程,它把一个物理客体等同于构造该客体所需的全部信息,传递客体只需传递它的信息,而不用搬运该客体。在经典物理学的范围内过程可以实现.我们先精确的测定原物,提取它的所有信息,然后将这个信息传送到接收地点,接受者根据这些信息,选取与原物构成完全相同的基本单元（如原子）,就可以在另一个地点制造出与原物相同的复制品,例如电话、传真等。量子计算是以量子物理和数学的基本理论为基础,它要求代表量子位（qubits）的二态量子体系之间存在相互作用,并可以用于计算。而且可以通过某种特别的外界作用,从外部来操作和控制它们态的变化,以实现所需的计算过程。由于核自旋系统与外界的相互作用较弱,每个自旋核具有向上和向下两个独立的自旋态,自旋-自旋耦合即所需的可用于计算的相互作用,通过射频脉冲控制和探测核自旋态（核磁共振,NMR）已是一个成熟的领域。文章结舍量子力学的性质。介绍了量子隐形传态的相关知识。本文的创新之处是根据其他文献资料,在已知的理论基础上,通过大量的验证和推导列举了三粒子GHZ态的隐形传送三个方案,这三个方案的验证需要很好的思路和理论证明,同时三粒子GHZ态特殊状态的传送也很好的说明了量子隐形传态的基本原理,通过这三种方案的列举和理论证明,也可以设计出更多的不同的方案,同时文章也给出了利用三对EPR态作为量子通道传送三粒子任意态时量子隐形传态需要的量子逻辑门及其组合线路,这里当然还有其他更多的方案,利用不同的量子信道都可以实现,最后是文章的实验部分,具体是提出了对单粒子任意态隐形传送时逻辑线路的改进以及其线路的QCE仿真实现,实验也列举如何对三粒子任意态隐形传送逻辑线路的QCE实现,通过实验对比,我们可以证明线路设计的正确性。其中由于是传送任意态,实验就利用|0>态通过量子脉冲实现一个混合态,通过对这个混合态的传送实现其任意态的传送,而且因为线路中间还涉及Bell测量,这一部分不可以通过QCE实现,所以文章创新性的把量子逻辑线路分成两部分,发送线路可以很好用QCE实现得到,中间测量部分通过理论计算得到,当然也可以通过物理实验得到,通过测量知道要接收的量子,在接收线路部分就根据测量的数据设计QCE系数从而也很好的用QCE模拟实现,通过QCE仿真实现验证了线路的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究意义和研究方法
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.3.1 量子纠缠态简单介绍
• 1.3.2 量子隐形传态
• 1.4 国内外研究状况
• 1.5 本章小结
• 第二章 单粒子量子隐形传态
• 2.1 量子隐形传态的原理
• 2.2 量子隐形传态的过程
• 2.3 量子隐形传态的原始实现线路
• 2.4 量子隐形传态的实现线路的特点
• 2.5 量子隐形传送的物理实现的简单过程
• 2.6 量子隐形传送的物理实现的研究状况
• 2.7 本章小结
• 第三章 改进的量子隐形传态逻辑线路
• 3.1 改进的量子逻辑线路一
• 3.1.1 量子逻辑线路
• 3.1.2 关于该量子逻辑线路验证
• 3.2 改进的量子逻辑线路二
• 3.2.1 量子逻辑线路
• 3.2.2 关于该量子逻辑线路验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 多粒子纠缠态隐形传送的研究
• 4.1 多粒子纠缠态隐形传送的简单介绍
• 4.2 任意态二粒子纠缠态的隐形传送和实现线路
• 4.3 三粒子GHZ 纠缠态的隐形传送
• 4.3.1 三粒子GHZ 纠缠态的隐形传送的三个方案
• 4.3.2 N 粒子GHZ 纠缠态的隐形传送
• 4.4 三粒子任意纠缠态的隐形传送和实现线路
• 4.4.1 引入辅助粒子的隐形传送方案
• 4.4.2 不引入辅助粒子的隐形传送方案
• 4.5 任意N 粒子纠缠态的隐形传送和实现线路
• 4.6 本章小结
• 第五章 多量子逻辑门及核磁共振（NMR）技术
• 5.1 多量子算符代数理论简介
• 5.2 基本量子逻辑门
• 5.3 对量子逻辑门的一般分解
• 5.4 NMR 基本理论
• 5.4.1 Hamilton 量
• 5.4.2 多自旋的Hamilton 量
• 5.5 量子逻辑门的NMR 脉冲序列设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 量子隐形传态核磁共振的仿真实现
• 6.1 量子计算仿真器的实施
• 6.1.1 量子计算机（Quantum Computer，QC）
• 6.1.2 QCE: 量子计算机模拟器
• 6.2 仿真实验过程与结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要研究工作总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：在攻读硕士学位期间发表的论文