[理学]固态量子逻辑门的物理实现.docVIP

固态量子逻辑门的物理实现 摘 要 量子信息处理与量子计算是21世纪基础和应用科学研究的一大挑战。可行的量子计算，必须建立在可扩展的量子比特系统。在量子计算的可规模化方面，固态系统具有很大的优势。本文重点介绍了近几年固态量子信息和量子计算在实验和理论上的新进展；描述了量子计算机的必要条件和固态量子信息处理的本身特征。 关键词 固态量子信息;量子计算; Physical Realization of Solid-state Quantum Logic Gates Abstract Quantum information processing and quantum computation have been considered as one great chanllege for fundamental and applied scientific research in 21-th century. The realization of feasible quantum computation is based on scalable quantum bit systems. From this point of view, quantum solid-state systems have a great advantage. In this thesis, we mainly discuss the new development of the experimental and theoretical research in recent years. The essential conditions of quantum computers and the inherent features of solid-state quantum information processing are also presented here. Keyword solid-state quantum information; quantum compuation 目 录 1 研究背景…………………………………………………………………………4 1.1 量子信息研究的历史背景……………………………………………………4 1.2 量子计算的基本内容…………………………………………………………4 1.2.1 量子位和几种重要的量子逻辑门…………………………………………5 1.2.2 量子计算的三个特性………………………………………………………6 1.2.3 常见的几种量子计算方案…………………………………………………6 1.3 量子计算的物理实现技术简介………………………………………………7 1.3.1 离子肼………………………………………………………………………7 1.3.2 中性原子……………………………………………………………………7 1.3.3 光学方法……………………………………………………………………8 1.3.4 超导约瑟夫森结……………………………………………………………8 1.3.5 腔量子电动力学……………………………………………………………9 2 量子计算的进展和展望…………………………………………………………9 2.1.1 关于门控量子点的研究……………………………………………………9 结论…………………………………………………………………………………15 致谢…………………………………………………………………………………15 参考文献……………………………………………………………………………15 附录A 外文参考文献（译文）……………………………………………………16 附录B 外文参考文献（原文）……………………………………………………24 1.研究背景 1.1量子信息研究的历史背景 作为一种新兴的交叉学科，量子信息科学综合了量子物理、计算机通讯、信息处理等多种学科的研究内容。它主要是利用量子力学的方法对信息进行存储、传输和处理。早在20世纪70年代，就出现了量子信息理论的基本思想，人们提出以量子态作为信息存在的方式，设想了几种可能的通讯方法，但信息处理的方式仍然以经典方式为基础。随后，人们提出了一些量子的处理方式，如长程的量子密码术、量子隐形传态、量子计算等。这些全新的处理方法主要依赖于量子力学的规律，突破了经典方式无法达到的极限。两种处理方式关键的区别主要是信息形式和载体的不同。在量子信息科学中，人们认为信息不仅包含了经典意义上的信息，还有相干特性的量子信息，其中最重要的就是量子纠缠。信息存储的载体已不再是经典范围内的电子，而是范畴很广的量子系统。正是以量子纠缠为基础