1、量子信息导论南京邮电学院理大学王川1课程介绍本课程的目的：1）提供学习量子信息的必要的知识背景；2）介绍量子信息的主干内容；3）引导朋友步入本领域的原创性研究；4)从另一个角度认识量子热学成绩评定分两部份：期末课程论文50%；平常表现50%23课程主体内容框架基础篇：讲授+讨论前沿与应用篇：以讨论为主内容待定主要知识点，主要轮廓，量子化学学基础，量子纠缠及应用，量子密码术，量子算法，量子信息处理的数学实现参考书目：I.andM.-英文“and”.J.
2、“on”.李承祖“量子信息与量子估算”杨伯君“量子通讯基础”:PHD,,2003-:,.Tel:(Main-802)5量子信息计算机科学信息论密码学量子热学以量子热学基本原理为基础、充分借助量子相干性的奇特性质（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆）、探索以全新的方法进行估算、存储、编码和传输信息的可能性什
3、么是量子信息？67为何研究量子信息？！9精典计算机发展历史1946年2月15日，在韩国宾夕法尼亚学院，世界上第一台电子估算器ENIAC即将投入了运行。在隆重的启幕典礼上，ENIAC演出了它的秘诀：在一秒钟内进行5000次乘法运算；在一秒钟内进行500次加法运算。这比当时最快的家电估算器的运算速率要抉1000多倍。全场起立欢呼，欢呼科学技术步入了新的历史发展时期。冯诺伊曼，知名法籍瑞士物理家。1903年12月3日生于英国赫尔辛基的一个犹太人家庭。此处省略50年More定理的数学极限More定理:18个月CPU速率加倍，单位面积上集成的晶体管数量加倍量子估算：计
4、算机发展的历史必然？1011量子计算机的发展（1）80年代早期，首先提出了量子估算的思想，他设计了一台可执行的、有精典类比的量子机。发展了的构想，提出量子计算机可以模拟其它量子系统；D.提出基于量子干涉的计算机模型以及“量子逻辑门”这一新概念，并强调量子计算机可以通用化、量子估算错误的形成和纠正等问题。12量子计算机概念的提出P.企图用传统计算机模拟量子热学对象行为。但这样的模拟估算量太大。想到：假如在算出量子热学的过程中须要大量估算，这么搭建一个实验，检测其结果
5、，正正好相当于从初始条件起完成了一次估算。13为何研究量子计算机？量子体系的模拟必须使用以量子热学原理直接估算的计算机；300个量子比特体系的状态须要23001090量子物理学基础知识点，超过宇宙中的原子的总量;量子计算机可以解决一些重要的物理问题;现今的计算机技术早已接近量子极限,量子计算机是一个新的发展方向;14量子计算机的发展（2）但到了80年代中期，这一研究领域因为若干缘由被疏远了。首先，由于当时所有的量子计算机模型都是把量子计算机看成是一个不与外界环境发生作用的孤立系统，而不是实际模型。其次，存在许多不利于实现量子计算机的阻碍诱因，如强调的去相干、热噪音等等。另外，量子计算机可能易出
6、错，但是不易纠错。最后，还不清楚量子计算机解决物理问题是否比精典估算快。15量子计算机的发展（3）1994年，P.Shor发明了第一种有很强实用性的量子计算机算法，其高效率的因式分解法可分解大数，它能在几秒内破译常规计算机“无法破译”的密码。据悉,关于量子逻辑门、量子电路等许多设计方案不断涌现，促使量子估算的理论和实验研究蓬勃发展。16量子计算机的优点估算速率可提升10亿倍,1个400位长的数分解成素数乘积，采用巨型机需10亿年，量子计算机只要一年。量子位存储能力大大增强。可完成一些传统计算机难以完成的估算：高效率模拟、模拟量子系统；40个载流子1/2粒子体系低煤耗：计算机幺正变换，是可逆的。
7、-2008年,美国D-wave公司连续发布最新研究进展报告称她们的基于超导体的量子计算机早已实现了128位量子算法.18从2007年到2008年,该公司4次报告最新的研究进展.所实现的位数由16位增至128位.D波公司由化学学家Rose于1999年成立，这个公司宣称她们的产品有16个量子字节（BitorQubit），是基于两种超导材料铝和铌构成的回路制造下来的。由于它们可以用传统的微芯片加工技术从薄膜中制造下来。而困难在于联接并控制量子字节使之才能进行估算。非常是，量子字节会因为与环境之间的互相作用而很快地遗失其携带的信息。1920何谓量子计
8、算机?21量子计算机是一类遵守量子热学规律进行高速物理和逻辑运算、存储及处理量子信息的化学装置。*当某个装置处理和估算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。*量子计算机的概念始于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的煤耗问题。擦出一个比特信息要消耗能量原理,量子计算机工作原理量子计算机是一数学系统，它能储存处理关于量子热学变量的信息。量子计算机遵照的基本原理是量子热学原理：量子热学变量的分立特点、态迭加原理和量子相干原理。23量子计算机的特性（1）任何一量子估算都可用估算的一幺正变换作为整体上的描述。任何一个量子估算都是
9、可逆的，但检测一般不可逆。输入量子位的相干叠加性将造成量子逻辑门的输出发生关联。量子位可以处于半翻转状态。即量子位处于0和1的同等幅度的迭加态，这时此量子位作为信息位只翻转一半。24量子计算机的特性（2）若对许多量子位进行许多逻辑操作，那量子计算机才能同时进行所有可能的估算。称这一效应为“量子并行”。量子模拟。任何化学过程都可用量子计算机进行完美的模拟，但是所需的时间要远远多于精典计算机模拟。信息安全传输的基础25信息的安全传输加密技术DES:1977年由法国国家标准局出台数据加密标准，秘钥厚度为。AES:2000年的10月，澳大利亚政府通过公开招标选取了新的加密算法R
10、作为其中级加密标准(AES)，该方案是由两位法国工程师递交。2001年成为官方标准。RSA加密算法信息安全的重要性目前大量的网路保密是使用“RSA私钥体系”的密码技术。想要破译这些密码，就要对大数分解质因子。分解一个大数的质因子是十分困难的。根据现有的理论估算，分解一个400位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也须要用10亿年的时间，而人类的历史才不过几百万年。但是量子计算机概念的诞生，严重动摇了RSA私钥密码体系的安全性。1994年，法国的PeterShor借助量子计算机理论证明，一个N位大数的质因子分解只需用N的方程的时间而不是原先所觉得的N的指数次的时间。借助量子
11、计算机分解一个400位大数仅仅须要不到一年的时间,这一结果向RSA私钥系统的安全性提出严重挑战。这在另一方面推动了量子密码通讯技术的发展。26精典秘钥分配过程-Key量子通讯模型量子秘钥分配明文量子通讯的研究现况量子通讯:-,Max--fr,,Space,年7月18日复旦学院化学系30空间量子通讯实验研究现况
12、of,年7月18日31空间量子通讯实验研究现况实验装置：419，450,(2002)量子信息的研究现况量子计算机：33量子比特量子线路量子逻辑门量子储存器量子检测量子计算机研究现况/7/空间传播光束控制周期结构297,820(2002)APL90,51113(2007)量子控制37带、槽结构PRB68,(2003)440,508(2006)量子点结构NanoLett.5,1399(2005)60Adv.Mater.13,1501(2001)周期结构NanoLett.7,2784(2007)平面内传播光束控制38应用：40世界上最小的激光器4142量子信息的研究对象基于量子态操控的信息处理。其目的为信息处理量子物理学基础知识点，其手段为量子态操控未来方向化学估算用化学的方法来思索估算的问题.也可用估算的方法来思索化学的问题跨越小的与相对复杂系统之间的鸿沟.