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量子计算的核磁共振实现

方细明  
【摘要】:量子计算是量子物理学的一个崭新的应用领域。它出现还不到二十年,但此项研究已取得了迅猛的发展。它奇妙的特性和强大功能被渐次发现、理解,正在转变成为推动它快速发展的动力。目前,人们一方面在理论上继续对量子计算展开更加深入、广泛的研究,另一方面实验上也在设计、实现各种各样的执行量子计算的物理装置。从现有的技术条件看,核磁共振技术是目前实现量子计算的最有希望的手段之一。因此,选用研究核磁共振技术实现量子计算作为本学位论文的主题。本文的主要工作包括以下内容: ● 通过分析在核磁共振实验中实现基本通用量子逻辑门的脉冲系列,设计了实现对量子态进行各种轮换操作、对换操作的逻辑部件的脉冲系列,在实验中用这些脉冲系列实现了预先设计逻辑部件的逻辑功能。设计了量子Toffoli门的核磁共振实验实现方案。 ● 运用Fourier谱学的量子理论和与之相关的密度矩阵重构技术,实际分析和提取了量子计算实验的结果,与理论预期相符。 ● 在了解现有各种制备赝纯态的方法的基础上,理论上改进了逻辑标记法制备赝纯态的方法,从而减少“垃圾块”,增加有效赝纯子空间,间接提高信噪比。同时,在实验上实现了时间平均法制备赝纯态。 ● 设计了核磁共振实现Hogg量子搜索算法的实验方案,首次在实验上实现了二量子位的Hogg量子搜索算法,实验结果与理论高度一致。 ● 设计了用核磁共振技术完成量子分立付里叶变换算法的各种逻辑部件的脉冲系列,实验研究了二量子位量子分立付里叶变换算法,与预期结果相符。 ● 设计了实现量子密集编码的量子网络及网络中所需逻辑部件的脉冲系列,应用核磁共振技术,实现了量子密集编码的实验演示。


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