子空间量子计算的核磁共振实验研究

姚淅伟

中国科学技术大学

摘要：本文的内容是关于核磁共振量子计算。量子计算是量子力学和计算机信息科学之间的新兴交叉学科,近20年来得到了快速的发展。与传统的计算机相比,基于量子力学理论的量子计算机呈现出新的特性及随之而来的优势。随着计算机处理器的微型化趋势,芯片中的逻辑门尺寸正在接近原子尺寸,空间尺度越小,量子效应越明显。目前的理论和实验都已经显示,量子效应能被控制利用并带来通讯和计算的新模式,在某些情况下比经典情形更具有优势,信息通过物理的方法储存、传输和处理,因此,信息的产生、处理和提取实际上是一个物理的过程,信息的研究应该和相关过程的物理规律相联系。信息作为物理中一个基本概念的重要意义正在被发掘,量子信息和计算的理论把这种探索置于坚实的基础之上,并引出一些关于自然世界深刻的思考,推动产生出令人激动的自然新图景。量子密码术,量子隐形传态,量子纠错,量子计算等应用的共同点是都把量子态的叠加和纠缠等量子特性作为信息处理的基础.量子算法的出现说明了建造量子计算机的实际意义,与经典计算机相比,处理量子信息的量子计算机能更有效地计算一些有重要意义的特殊问题。日前研究者们已经使用线性离子阱,光学系统,液体核磁共振等方法建造了少量子位数的演示性量子计算机.由于要操作和控制的量子体系在实验环境中的脆弱性,使得建造更多量子位的量子计算机非常困难。从现有的实验情况看,液体核磁共振（Nuclear MagnetiC Resonance,NMR）技术是目前最成功的量子信息处理手段之一,它为量子信息的研究提供了一个有效的测试平台。该领域研究过程中积累的丰富量子相干控制技术和研究成果,不仅为下一代的量子信息处理平台的发展提供可借鉴的经验,同时也增进了人们对量子信息科学的理解。在丰富的量子信息研究内容中,有一类研究如何利用大的量子系统中包含的维数较低的子空间进行量子信息处理的问题。这类嵌入式的子空间量子信息处理方式对研究核磁共振Berry相位、容错避错量子计算、无噪声量子信息存储以及简化量子过程重构等课题都是很有意义的。本文的工作主要围绕子空间量子计算相关内容开展。
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