量子通信[课件].ppt

纪念 2011年6月8日,全球 IPv6 日,量子通信,制作：usafchn,一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片,科学如此性感,经典力学：宏观物质的运动规律 量子力学：微观粒子的运动规律,量子比特 量子隐形传态,量子通信 Quantum Teleportation,计算机为什么要耗电？,思考,能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度因为散热问题，当年Intel冲击4GHz CPU 计划失败”,Landauer最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作例如，对两比待的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了一个自由度，因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生一定的热量但这种不可逆性是不是不可避免的呢？事实上，只要对异或门的操作如图所示的简单改进，即保留一个无用的比特，该操作就变为可逆的因此物理原理并没有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造为可逆操作,不可逆异或门改进为可逆异或门,Bennett后来更严格地考虑了此问题，并证明了：所有经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算能力。

用本征态|0和|1对量子位编码 量子位可以处在|0和|1的叠加状态：a|0+b|1，其中a和b是复数，且|a|2+|b|2 = 1,量子比特,幺正性 可逆性,量子逻辑门,必须具备的两大特点：,量子不可克隆定理 Heisenberg 测不准原理,量子隐形传态,两个重要的定理(原理)：,量子力学的一个基本原理 由德国物理学家海森堡于1927年提出 该原理表明：一个微观粒子的某些物理量，不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数 h/4πh即普朗克常数）,Heisenberg 测不准原理,量子隐形传态,2019/6/11,Teleportation,Bob,粒子1,Alice,Alice拥有一个粒子1处于未知态，其可以表示为 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.,2019/6/11,Teleportation,Bob,粒子1,Alice,粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3. 这个EPR对与粒子1构成的量子体系的复合波函数可以表示成两个态的直积形式,( 和 是粒子1和粒子2所在的四维希尔伯特空间中的Bell基),2019/6/11,Teleportation,Bob,粒子1,Alice,Alice对粒子1和粒子2施行一个Bell基测量,粒子3的态将会坍塌为下面4个态中的其中一个,而且分别与Alice测量结果相对应. 此时,粒子1的相关信息存储到粒子3上了.,2019/6/11,Information Encoding and Decoding,为了使量子隐形传态成功完成,Alice通过经典通道把测量结果告诉给Bob.最后Bob根据测量结果对粒子3做适当的幺正变换，,将得到最终的态,2019/6/11,几点说明,(1)从粒子1到粒子3量子信息的传递可以发生在任意的时空之间,因为量子纠缠具有非局域性. (2)联合测量后接收方的粒子的量子态仍然处于混合态,也就是说,联合测量本身对Bob来说,并不给出任何关于原粒子态的信息.原粒子态的重建应该归功于EPR态的纠缠非局域关联,经典通讯和局域的幺正变换. (3)量子隐形传态不存在超光速通讯问题.因为没有通过经典通道传送的经典信息,隐形传态将不可能成功.而经典通道的通讯速度必然要受到相对性原理的限制,即传送速度不可能超过光速.,2019/6/11,,(4)量子隐形传态不违背符合量子力学的不可克隆定理.因为Alice进行Bell基测量后, |φ〉1已被破坏掉了,一次量子隐形传态只能够使原粒子的量子态在另外的一个粒子上重新构建出来. (5)发送者和接收者在整个传输过程中都不需要知道他们所传输的或者接收的量子态的任何信息,因而量子隐形传态提供了操控量子态而不破坏量子态的可能性.,真正的随机数 绝对安全的信息传输 解决NP问题,展望-量子信息论潜力,量子通信、量子计算机必然走向成熟，到那时，电子信息技术又将进入一个崭新的时代,谢 谢,。