Grover算法在單道量子計算模型下的實現(xiàn).pdf

1、量子計算機以其巨大的潛力日益得到人們的重視，而且在通向真正實用的量子計算裝置的道路上，我們也取得了巨大的進步。從經(jīng)典計算機的體系結構得到啟示，人們提出了量子計算的量子線路模型。它基于一系列作用在量子比特上的么正量子邏輯門。一些被編碼了初始信息的量子比特在量子線路中量子邏輯門的作用下進行信息的處理，并通過測量得到最終結果。在量子線路模型下，目前主要的量子計算機的設計方案有：離子阱方案、腔QED方案、量子點方案、約瑟夫森結方案和量子核磁共振

2、方案。但是由于量子計算機背后的量子力學原理有許多非直觀的和難以操控的特性，大規(guī)模量子計算機的構建還有許多困難需要克服。 人們在試圖理解量子力學的測量問題和糾纏特性等方面做了大量的努力。在此基礎上，由Raussendorf和Bdegel提出了量子計算的單道量子計算模型(1WQC)。它與量子線路模型不同，在某些方面它改變了人們對于量子計算的要求和過程的理解。在這個模型下，所有的量子比特開始都處在一種高度糾纏的簇量子態(tài)中。而所有的量子

3、信息的處理過程都是通過一系列單比特測量和測量得到的輸出反饋進行的。由于把信息處理歸結為初始態(tài)制備和單比特量子測量，這個方案物理實現(xiàn)上更容易。 本文共分四章。第一章簡要介紹了量子信息學的基本原理，包括量子力學基本假設、量子疊加態(tài)、量子糾纏態(tài)、量子測量。第二章介紹了量子線路模型，包括量子比特、量子門、量子線路，重點介紹了各種基本量子邏輯門。第三章系統(tǒng)介紹了單道量子計算模型，包括簇量子態(tài)、單比特量子測量，并詳細給出了各種基本量子邏輯門

4、在模型下的實現(xiàn)。第四章是我們的主要研究工作，包括以下幾方面： 1)給出了Grover算法在單道量子計算模型下的實現(xiàn)方案； 2)設計了一個可控量子黑盒； 3)初步討論了模型所需要的資源。 首先給出了兩比特及三比特Grover算法的詳細實現(xiàn)方案，然后推廣到多比特情況。利用單道量子計算模型的特點實現(xiàn)了一個可控量子黑盒方案，充分顯示了該模型在實現(xiàn)上的簡易性和靈活性。對于模型所消耗資源的討論表明，該模型比量子線路模