量子比特如何运用！约瑟夫森器件与量子比特论文

一、量子比特的介绍

量子比特还没有一个明确的定义，不同的研究者采用不同的表达方式。
参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。

二、量子通信是如何做到“绝对安全”？

20世纪初，普朗克、爱因斯坦、玻尔开创了量子物理学研究。
随后，海森堡、薛定谔、狄拉克等物理学家建立了量子力学。
从此，量子物理学沿着两条路深刻地推动着人类文明发展。
量子信息包括量子通信和量子计算，即信息传输和计算都将直接植根于量子物理学。
其中量子通信作为排头兵，走在了这次信息革命的最前面，成为它的第一个突破点。
一个量子比特只含有零个经典比特的信息。
因为一个经典比特是0或1，即两个向量。
而一个量子比特只是一个向量（0和1的向量合成），就好比一个经典比特只能取0，或者只能取1，信息量是零个比特。
其中，“量子密钥”使用量子态不可克隆的特性来产生二进制密码，为经典比特建立牢不可破的量子保密通信。
量子不可克隆定理：复制（即克隆）任何一个粒子的状态前，首先都要测量这个状态。
但是量子态不同于经典状态，它非常脆弱，任何测量都会改变量子态本身（即令量子态坍缩），因此量子态无法被任意克隆。
这就是量子不可克隆定理，已经经过了数学上严格的证明。
在量子保密通信过程中，发送方和接收方采用单光子的状态作为信息载体来建立密钥。
由于单光子不可分割，窃听者无法将单光子分割成两部分，让其中一部分继续传送，而对另一部分进行状态测量获取密钥信息。
又由于量子测不准原理和不可克隆定理，窃听者无论是对单光子状态进行测量或是试图复制之后再测量，都会对光子的状态产生扰动，从而使窃听行为暴露。
理论表明，通信双方只要按照协议产生了密钥，就一定是安全的。

三、量子比特的物理特性

量子计算机的物理结构是纠缠态原子自身的有序排列，量子比特在系统中表示状态记忆和纠缠态。
量子计算是通过对具有量子算法的量子比特系统进行初始化而实现的，这里的初始化指的是把系统制备成纠缠态的一些先进的物理过程。
在两态的量子力学系统中量子比特用量子态来描述，这个系统在形式上与复数范围内的二维矢量空间相同。
两态量子力学系统的例子是单光子的偏振，这里的两个状态分别是垂直偏振光和水平偏振光。

四、约瑟夫森器件与量子比特论文

近年来，量子计算已成为量子力学和计算机科学的交叉的活跃学科。
由于相干的数据处理能力，使得量子计算受到物理学和信息科学领域中科研人员的热切关注。
基于约瑟夫森结的超导量子计算因其可集成性和良好的可控性以及读取性能，成为量子计算竞赛中的一颗新星。
超导量子计算的众多方案，不仅有潜在的技术应用价值，同时也对量子力学基本原理的理解，特别是对宏观量子现象的理解有重要的启示意义。
本文将就超导量子器件在量子存贮、量子逻辑门和宏观量子纠缠中的应用及量子退相干的问题等作些探讨。
 在本文的第一章和第二章，我们回顾了量子计算的产生背景、特点以及约瑟夫森器件在量子相干操纵和量子计算方面的原理。
 第三章阐释了几种超导量子计算方案的工作原理以及国际上的研究进展。
在第四章，我们对磁通量子比特和电荷量子比特做了较为深入的探讨。
除了对常规的三结磁通比特介绍外，我们用平面波方法精确计算了四个结的磁通比特的能谱和跃迁矩阵元。
对电荷比特，我们阐述了非对称SQUID型电荷比特在杂化区域的能谱，从实验的角度来说，非对称SQUID能谱更具有普适性。
 在第五章，我们提出一种可控的杂化耦合方案，通过大约瑟夫森结把常见...

五、量子计算机的工作原理和运用？

量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。
要说清楚量子计算，首先看经典计算。
经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。
经典计算机具有如下特点：
　　其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。
如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。
所有的输入态均相互正交。
对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。
 
　　经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。
 
　　相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。
量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits）），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。
因此量子计算机的特点为：
　　量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；
 
　　量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。
得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。
 
　　由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。
量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。
量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。
这种计算称为量子并行计算。

　　无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。
遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。
在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干（也称“退相干”）。
因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。
而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。
主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。
量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。
 
　　迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机！

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