量子技术学习笔记

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量子力学

争论焦点：自然界是否确实按量子力学的规律运行？

经典力学：宏观物质的运动规律，确定性

量子力学：微观粒子的运动规律，概率性

自然界的运动规律到底是哪一种？这就是争论点。

微观粒子的特性：粒子性+波动性

薛定谔方程 概率幅

哥本哈根解释：

1. 互补原理。粒子性和波动性，对立且互补，不能同时被观察到。杨氏双缝实验、惠勒延迟选择实验。量子的惠勒延迟选择实验的结果显示，粒子性和波动性是可以被同时观测到的。
2. 概率波。
3. 波包坍缩。测量。

叠加态，薛定谔方程，薛定谔的猫，实验已经证实，叠加态的存在

纠缠态

量子信息

以量子比特作为信息单元，称为量子信息。

量子信息时经典信息的扩展和完善。例如复数是对实数的扩展和完善。

单光子的偏振态。圆偏振为1、线偏振为0。

量子不可克隆定理：不存在物理过程可精确地复制任意量子态。量子密码安全性的基础，量子信息提取不可逾越的障碍。已经被证明了。

普适量子克隆。概率量子克隆。

量子载体

量子信息的载体：

1. 飞行比特：光子。用于传输。
2. 静止量子比特：电子、原子等。用于存储。

量子关联

包含两部分：量子关联和经典关联。

表征经典关联的信息是局域信息。

表征量子关联的信息是非局域信息。

量子关联包含：量子纠缠、非纠缠的量子关联

量子纠缠

由A和B构成的复合系统，若其量子态不能表示为子系统态的直积形式则称为纠缠态。

薛定谔、爱因斯坦、波姆

EPR效应。幽灵般的超距作用。

贝尔。贝尔不等式。第一个实验证明，1982年，阿斯派克特。

贝尔态是两比特系统的最大纠缠态。

每个贝尔态携带非局域的两比特信息：

1. 宇态比特：偶宇态、寄宇态

2. 相位比特：+、-

量子纠缠用途：

1. 隐形传物。经典信息和量子信息。
2. 量子通道不可加性。
3. 量子远程操纵。

量子关联作为一种资源，利用它可以完成经典资源所不能完成的任务。

量子密码

信息安全--永无休止的博弈，加密、破译

现代密码学-秘钥、算法

对称加密、非对称加密

安全性：

1. 计算安全性。原理上可破译，但需消耗极大量的时间和资源。非对称密码RSA，对称密码DES
2. 无条件安全性。原理上不可破译，无论窃听者能力的如何强大。对称密码one time pad，密钥和明文等长。

量子密码技术开端--BB84协议，1982年提出。数学上已经证明绝对安全。

已经商业化。

量子计算

芯片的摩尔定律， 量子效应、发热

量子力学和经典计算机的结合

经典计算、量子计算

区别：

1. 计算能力：串行、并行
2. 处理单元：bit qubit

shor算法：大数质因数分解 one-way函数 RSA公开密钥 微型曼哈顿计划

Grover算法：海量数据搜索

量子芯片、量子编码、量子算法

消相干 真空有噪声

量子编码：纠错码、避错码、防错码

量子芯片：有待突破

有可能的方向：超导、半导体 可高度集成