量子糾錯編碼研究.pdf

1、量子信息科學是一門新興的交叉學科，其主要利用微觀粒子作為載體，憑借著量子力學所特有的一些性質(zhì)：不確定性、相干性、糾纏等，可以完成一些經(jīng)典的通訊、計算、密碼學無法實現(xiàn)的任務。近年來，量子信息論不管是在理論上，還是實驗上都取得了許多激動人心的進展，顯示出經(jīng)典信息無法比擬的優(yōu)勢，打破了傳統(tǒng)的信息溝通，密碼使用和計算的限制。終將促成二十一世紀以結(jié)合量子計算技術、量子通訊技術與納米技術、納米組件制造技術而形成的量子工業(yè)時代。為了躋身于21世紀世界

2、先進工業(yè)強國的行列，許多國家紛紛加大了對量子信息研究的投入力度。 量子計算機，量子密碼學和量子通信，是量子信息科學的三個主要領域，其量子相干性起著本質(zhì)性的作用，可以說，量子信息論的所有優(yōu)越性都來自于量子相干性。但不幸的是，在對量子比特的操作過程中，因為環(huán)境的影響，量子相干性將不可避免地隨時間指數(shù)衰減，這就是困擾整個量子信息論的消相干問題。消相干引起量子錯誤，因而需要引入量子糾錯編碼。量子糾錯編碼是將量子態(tài)編入量子比特的一種方法，

3、使得個別量子比特在保存、傳輸和計算過程中發(fā)生的錯誤和消相干對被編入的量子信息和數(shù)據(jù)沒有影響。雖然量子編碼和經(jīng)典編碼的基本想法類似，即要以合適的方式引進信息冗余，以提高信息的抗干擾能力，但量子碼不是經(jīng)典碼的簡單推廣，存在著一些基本困難，如量子不可克隆定理，測量引起態(tài)的坍縮，并且量子錯誤的種類為連續(xù)統(tǒng)等。 本文將圍繞量子糾錯編碼做詳細地討論。在第二章，主要給出量子編碼的基礎知識，如量子比特和疊加態(tài)，常用的量子邏輯門，幾種普通量子編碼

4、方案，以及量子糾錯編碼的一些基礎性質(zhì)、理論等。在第三章，從經(jīng)典糾錯碼引入，主要討論了三量子比特的比特翻轉(zhuǎn)碼和相位翻轉(zhuǎn)碼，為后面的工作做準備。重點在第四章，根據(jù)前面的預備知識，參照國內(nèi)外在量子編碼方面的進展情況，構(gòu)造出了一組五量子位的疊加態(tài)編碼，并運用簡單的量子邏輯門，設計了糾一位錯的量子線路，通過對其糾錯過程的分析，發(fā)現(xiàn)疊加態(tài)量子糾錯編碼不僅簡化了常規(guī)的編碼式，并與常規(guī)的量子單態(tài)編碼功效一樣，而且更適合以后量子計算機的發(fā)展。在第五章，縱