量子计算机中量子噪声控制的理论研究

摘要

量子计算机是计算机科学和量子力学的结合交融,信息被编码到量子叠加态的相干性中,按照量子力学的基本规律进行计算.量子计算机因其量子并行和量子模拟的的巨大速度优势,有着非常广泛的应用前景.但量子计算机是依赖于量子系统的相干性展现优势的,各种量子噪声,尤其是量子系统与环境耦合引入的消相干会破坏量子相干性,导致量子计算失败.因此,对量子噪声的控制和保护量子系统的相干性是实现量子计算的重要任务.目前,在这个问题的研究上已经取得了一些进展.该文主要研究量子计算机中量子噪声的控制,保护量子信息,以及实现普适的量子计算等.

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引言

第一章量子计算机简介

§1.1量子计算机的历史回顾

§1.2量子计算机的结构

§1.2.1量子比特的性质

§1.2.2量子逻辑门及其性质

§1.2.3量子逻辑门的普适门组

§1.3量子计算机的优越性

§1.4量子计算机的物理实现

§1.5量子计算机的困难与未来发展

§1.6小结

参考文献

第二章量子计算机的消相干问题

§2.1消相干的表示

§2.2消相干的理论描述

§2.2.1幺正演化的薛定谔方程

§2.2.2约化密度矩阵演化的超算符理论

§2.2.3主方程

§2.3集体消相干

§2.4小结

参考文献

第三章量子编码理论

§3.1量子纠错码

§3.1.1量子纠错的基本原理

§3.1.2 CSS量子纠错码

§3.1.3稳定子量子纠错码

§3.2无消相干子空间量子编码

§3.2.1无消相干子空间理论历史与现状

§3.2.2无消相干子空间存在条件

§3.2.3自旋—泊松模型的强集体消相干

§3.2.4无消相干子空间与量子纠错的关系

§3.2.5无消相干子空间的推广

§3.3一种无消相干与无相互作用子空间的量子码

§3.4小结

参考文献

第四章量子噪声的动力学控制与量子计算

§4.1量子Zeno控制

§4.1.1量子Zeno效应

§4.1.2量子Zeno控制

§4.2量子动力学退耦合

§4.2.1动力学退耦合简介

§4.2.2开放系统的动力学退耦合

§4.2.3群对称化实现动力学退耦合

§4.3动力学退耦合与量子Zeno控制的统一

§4.4级联动力学退耦合与无消相干子空间实现量子计算

§4.4.1消相干与动力学退耦合

§4.4.2相互作用与动力学退耦合

§4.4.3量子计算

§4.4.4讨论与结论

§4.5利用脉冲控制实现相邻量子比特的退耦合

§4.5.1脉冲控制与相互作用

§4.5.2 bang-bang脉冲控制实现相邻量子比特的退耦合

§4.5.3结论

§4.6小结

参考文献

攻读博士期间发表论文目录

致谢