绝热量子计算及其纠缠问题研究

来源 :中山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jyd965243
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
绝热量子计算(Adiabatic Quantum Computation,简称AQC)是近年提出的一种新的量子计算模型,这种模型主要通过连续绝热量子演化的方式来解决计算问题。其大致计算过程是:将问题的可能答案编码为量子系统哈密顿量HT的基态,使量子系统的最初状态处予一个易于制备的哈密顿量H0的基态,然后使量子系统缓慢地从H0变化到HT。如果演化过程足够缓慢,根据量子绝热定理,系统末态将以很高的概率处于所需的基态。最后对系统末态进行测量,就可以获得想要的答案。目前人们已经证明绝热量子计算模型与量子电路模型的计算能力是等价的。此外,人们目前也设计出了多种绝热量子算法,显示了绝热量子计算的一些优越性。但是,许多与绝热量子计算相关的问题,如绝热量子计算的性能评估、算法设计、实验模拟与实现、与其相关的纠缠问题等都还需要进一步加以研究。本文主要从纠缠的角度对绝热量子计算进行研究,分析纠缠在绝热量子计算中的作用及表现形式。首先讨论利用绝热量子演化制备纠缠态的可能性,然后分析纠缠在加速绝热量子算法中所超的作用,最后分析纠缠与其它加速绝热量子算法的因素的关系。论文成果主要包括以下几个方面: (1)提出一种基于绝热量子演化的量子纠缠态制备方法。该方法首先将量子系统末态定义为所需的纠缠态,将系统初态设置为比较容易构造的量子态。接着使量子系统从初态哈密顿量开始,在满足绝热条件的情况下,缓慢地演化到末态哈密顿量。演化结束时,可以保证系统末态以较高的概率处于所需的量子纠缠态。整个纠缠态制备过程类似于绝热量子计算过程。通过对EPR和三粒子GHZ纠缠态的理论分析与计算表明,该方法能够成功地制备EPR和三粒子GHZ纠缠态,进一步验证了该方法的有效性。 (2)通过分析量子系统的von Neumann熵随演化时间的变化情况,基于绝热量子计算模型对时间复杂度分别为o(√N)和O(1)的量子搜索算法运行期间对应量子系统的纠缠进行了研究。结果表明绝热量子计算中纠缠是必不可少的;且量子纠缠对绝热量子计算的运行时间具有明显的影响,较大的纠缠有助于进一步缩短量子算法的运行时间。反之亦然。此外简单讨论了纠缠与能量之间的关系。对复杂度为O(1)的绝热量子搜索算法,发现对量子系统注入大量能量显著改变了量子系统的纠缠,并因此显著降低量子算法的运行时间。 (3)通过构造一个纠缠度更高的量子系统,发现可以使绝热量子搜索算法缩短至常数时间(即与系统规模无关)。另一方面,我们发现其它加速绝热量子算法的模式,如改变绝热演化路径、注入能量等,这些模式实质上都可以归结为使系统的纠缠特性发生变化,并且纠缠度越大的系统其运行速度也越快。基于上述结果提出量子纠缠可能是加速绝热量子算法的真正原因。
其他文献
随着通信技术的发展,高速数据通信对人们越来越重要,宽带化系统已成为未来通信的基本需求。正交频分复用技术(OFDM)和单载波频域均衡技术(SC-FDE)是宽带通信系统中常用的两种
随着多媒体技术和网络技术的发展,可编程视频采集系统的研究与实现越来越受到人们的重视。目前,图像的采集设备大都是利用计算机强大的处理能力和通用的接口,设计专用的图像
随着计算机和多媒体技术的发展,具有人机交互功能的投影大屏幕显示系统逐渐成为不可或缺的会议辅助或教学设备。融合了大屏幕投影技术、精确定位技术等的交互式电子白板是这
科技日新月异,传统有源雷达已经难以完全满足未来战争中的作战需求,面临着反辐射导弹、目标隐身、电子战综合干扰、超低空突发袭击这“四大威胁”,而无源雷达由于其相应的“
近些年来,分布式视频编码(DVC)因其独有的特点开始受到人们的重视。不同于传统的编码标准,如MPEG系列和H.26x系列,DVC是一种非对称的视频压缩框架,视频帧间的相关性只在解码端研究,从
随着消费电子产品的快速更新,要求移动终端支持越来越多的功能、协议、算法等,而视频应用无疑是其中应用最为广泛的领域之一,H.264视频标准作为一种压缩效率高、网络亲和力强
近代以来人类工业社会高速发展的主要副作用之一就是以全球暖化,空气污染等为代表的大气问题。解决大气问题的基本前提是测定大气成分,但对于大气某些重要层次来说,直接接触式测量由于种种原因并不现实,因而红外光谱仪等遥感测量设备在大气成分测定领域得到了广泛应用。在红外光谱仪组成模块中,将微弱遥感信号放大量化的放大采样电路是关键组成部分之一,其性能优劣,直接影响着仪器的精度。要提高放大采样电路性能,必须克服噪
高功率微波武器攻击目标时产生的高强度微波脉冲,能通过多种途径将脉冲能量耦合到目标系统中,使目标电子系统丧失工作能力甚至烧毁。舰船平台上装载有大量的天线以及精密电子设