量子混沌運(yùn)動:量子計(jì)算中的干擾及其影響
量子計(jì)算是涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)和物理學(xué)的交叉研究領(lǐng)域,《量子混沌運(yùn)動:量子計(jì)算中的干擾及其影響》首先介紹量子計(jì)算和量子混沌的基礎(chǔ)知識,然后針對一些典型量子算法,分析其中存在的隨機(jī)噪聲,靜態(tài)干擾和耗散干擾等引起的量子混沌運(yùn)動,以及由此產(chǎn)生的對量子計(jì)算結(jié)果正確性,量子保真度和量子關(guān)聯(lián)等的影響,最后對量子混沌運(yùn)動的調(diào)控進(jìn)行了分析和仿真。
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《量子混沌運(yùn)動:量子計(jì)算中的干擾及其影響》:
第1章 緒論
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)從20世紀(jì)中期發(fā)展至今,極大地促進(jìn)了人類社會生產(chǎn)力的發(fā)展,成為推動20世紀(jì)社會進(jìn)步的強(qiáng)大力量,1936年數(shù)學(xué)家Alan Turing提出了圖靈機(jī)的計(jì)算模型,并且在Church-Turing命題中闡述了在某一物理設(shè)備上可完成的算法和數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的通用圖靈機(jī)概念的等價(jià)性,為計(jì)算機(jī)科學(xué)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1,2],1945年基于von Neumann體系結(jié)構(gòu)的電子計(jì)算機(jī)誕生,從那時(shí)起,計(jì)算機(jī)科學(xué)開始以驚人的速度成長,其硬件的飛速發(fā)展可以用Moore定律概括為:集成電路上可容納的晶體管數(shù)目,約每隔18個(gè)月便會增加1倍,運(yùn)算速度也將提升1倍,隨著單位面積上容納的晶體管越來越多,超大規(guī)模集成電路(VLSI)制造工藝面臨著前所未有的困難,如何降低集成電路的功耗以及減少集成電路后端驗(yàn)證的復(fù)雜過程等一系列問題變得日益嚴(yán)重,當(dāng)VLSI特征尺寸發(fā)展到可以和原子或分子尺寸相比較時(shí),量子效應(yīng)將更加明顯,采用圖靈機(jī)模型的電子計(jì)算機(jī)將達(dá)到其性能的極限;而突破這種極限的途徑就是采用全新的計(jì)算模型——基于量子力學(xué)思想的量子計(jì)算就是這類模型中的一種。
量子計(jì)算是應(yīng)用量子力學(xué)原理來進(jìn)行計(jì)算的信息處理模式,物理學(xué)家Feynman在20世紀(jì)80年代用經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬量子力學(xué)系統(tǒng)時(shí)提出了量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)的概念[3,4],Deutsch在1985年將Feynman的這種思想又推進(jìn)了一大步,他建立了通用量子計(jì)算機(jī)的概念——盡管這個(gè)系統(tǒng)在本質(zhì)上更像一個(gè)量子寄存器[s],隨后的二十幾年內(nèi),人們一直試圖證明量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算速度上對于經(jīng)典計(jì)算機(jī)可能有著本質(zhì)的超越,1994年AT&T Bell實(shí)驗(yàn)室的Shor提出大數(shù)質(zhì)因子分解和求解離散對數(shù)問題可以用量子計(jì)算機(jī)有效解決[6],這被看做是量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更加強(qiáng)大的有力證據(jù),隨后在1996年,Grover提出了著名的隨機(jī)數(shù)據(jù)庫搜索量子算法[7],自Shor大數(shù)質(zhì)因子分解算法和Grover隨機(jī)數(shù)據(jù)庫搜索算法提出以來,國際學(xué)界掀起了一股研究量子計(jì)算和量子信息的熱潮,世界各國的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)紛紛開展研究量子計(jì)算的工作。