【正文】 證明信息操縱和信息傳輸上量子力學具有非常巨大的潛力，人們急切地尋找著能實現(xiàn)量子信息處理的物理系統(tǒng)。目前進行量子信息處理的系統(tǒng)主要有：離子系統(tǒng)、核磁共振系統(tǒng)、微腔、囚禁的中性原子、光格中的超冷原子、微囚禁離子陣列、固態(tài)儀器和光學系統(tǒng)。與其它的物理學系統(tǒng)的實驗相比，光具有 其獨特的量子性的特點：光子的能量 為 Eh?? ， h 為普朗克常數(shù)， v為光子頻率。光子的質量為 cm ??? ， c為光速。光子的發(fā)射速率 N=Ps/hv， Ps是發(fā)射頻率為 v的光功率， N為單位時間發(fā)射的光子數(shù)。光的量子性所遵循的測不準關系為：△ N△φ 1/2，△ N為光子數(shù)的漲落，△φ為相位的漲落。由于光通信中用激光器作光源，發(fā)射的是相干光，光子數(shù)很大，因而量子光通信的信息效率及檢測技術就會使其它通信方式無法比擬。 2）量子比特和量子邏輯門（ 簡稱量子門）是量子計算機的最基本的而又最重要的構成單元之一 ,因為量子比特是基本的量子信息載體和量子信息存儲單元，而量子計算機的運行都要通過量子邏輯門來實現(xiàn)。而且原則上量子計算中所有量子門操作都可以由 單比特旋轉量子門和兩 量子 比特 受控非門組合實現(xiàn)。所以，目前人們主要研究兩量子比特門理想物理系統(tǒng)實現(xiàn)。而極化激光光子的兩個正交偏振態(tài)（水平偏振態(tài)和垂直偏振態(tài)）可作為量子比特的兩個正交態(tài)，即， ???? 1,0 （ ??| 表示光子的水平偏振態(tài)， ?表示光子的 垂直偏振態(tài)），用線性光學元件是否可實現(xiàn)普適量子邏輯門？本文就是對此問題展開討論的。 主要內(nèi)容： 1． 簡單的 介紹量子信息學的基本概念，以及構成量子計算機和量子通訊設備的基本組成單元。 2．介紹激光的各種偏振態(tài)及矩陣表示法。 3．分析一些光學元件（分束器，偏振器，波片等）對輸入光子的作用功能。 4．分析用光子的水平偏振和垂直偏振作這邏輯比特，通過常見的線性光學元件實現(xiàn)基本的量子門或量子操作。 5．總結并展望 激光在量子信息中的應用前景。 研究方法： 1．提 出理論設想 2．查閱資料，并進行理論 推導 3．分析 ，概括，綜合 完成期限和采取的主要措施： 1．完成期限 : 2020年 1月 18號到 2020年 5月 8號。 2．采取的主要措施 : 嚴格按照《 畢業(yè)論文 (設計 )工作管理辦法》的規(guī)定，根據(jù)本人的具體情況，完成論文的主要措施為 : 1) 密切聯(lián)系畢業(yè)論文 (設計 )指導老師，虛心接受意見和建議，和同學進行學習交流 .保障畢業(yè)論文的順利完成 . 2) 利用課余時間到校圖書館以及網(wǎng)絡上查找資料，通過認真閱讀參考資料，文獻，結合自身所學的專業(yè)知識，積極思索，主動創(chuàng)新 . 主要參考資料： [1] 周蘭 .量子 信息處理的原理和光學實現(xiàn)的研究 [D].博士學位論文 ,2020. [2] 李承祖 ,黃明球 ,陳平形 ,梁林梅 .量子通信和量子計算 [M].長沙 :國防科技大學出版社 , 2020. [3] D. F. V. James, et of qubits[J].2020,64:052312. [4] 張登玉 ,劉堂昆 .量子邏輯門的算符及矩陣表示 [J].光電子 ? 激光 ,1999,10(3): 259. [5] P. W. Shor. Algorithms for Quantum Computation Discretelog and Factoring[J]. In Proceeding of the 35th IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, 1994,20. [6] L. K. Grover. Quantum Mechanics Helps in Searching for a Needle in Haystack[J]. Phys. Rev. Lett., 1997,79: 325. [7] 張阜權 ,孫榮山 ,唐偉國 .光學 [M]. 1994. [8] 姚啟鈞 ,華東師范大興光學教材編寫組 .光學教程（第三版） [M].北京：高等教育出版社，2020. [9] A. Barenco, et al. Elementary gates for quantum putation[J].Phys. Rev. A,1995, 52(5): 34573463. [10] 張登玉，詹明生 .構造量子門一種簡易方法 [J].物理學報 ,1997,46（ 12）： 2344234. 指導教師意見： 指導教師簽名： B 教研室意見： 簽 名： 年 月 日 開 題 報 告 會 紀 要 時間 地點 與 會 人 員 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 會議記錄摘要： 會議主持人： 記 錄 人： 年 月 日 指導小組意見 負責人簽名： 年 月 日 系 部 意 見 負責人簽名 ： 年 月 日 注：此表由學生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導老師和本人各保存一份 畢業(yè)論文（設計）中期檢查表 畢業(yè)論文（設計）題 目 光的偏振在量子計算中的應用 學生姓名 學 號 系 別 專 業(yè) 指導教師 檢查日期 指導教師檢查情況記載及修改意見： 一、檢查情況 整體進度 論文初稿已經(jīng)完成，內(nèi)容基本充實。 論文結構 論文結構不太合理，有許多地方需要改進。 論文格式 論文格式不規(guī)范，特別是引用圖形要做序號標記。要按照《湖南科技學院畢 業(yè)論文寫作規(guī)范》要求來規(guī)范格式。公式書寫不規(guī)范，上標下標有錯誤。數(shù)學表達式、數(shù)學方程等沒有單獨寫一行，需居中且編好序。文中的圖表未按順序標明 二、修改意見 繼續(xù)斟酌論文的邏輯性，連貫性，語句的通順性等。 論文格式要嚴格按照規(guī)范和要求來做。 簽名： 注：此表用于指導教師 在學生畢業(yè)論文（設計）初稿完成后對學生執(zhí)行任務書情況進行中期檢查時用，由指導教師填寫。 畢業(yè)設計（ 論文）指導過程記錄表 畢業(yè)論文 (設計 )題目 光的偏振在量子計算中的應用 學生姓名 學號 專業(yè)班級 指導教師 職稱 系（教研室） 指 導 過 程 記 錄 指導內(nèi)容 記錄 (一 ) 根據(jù)所選的論文題目指導開題報告，并提供參考資料和對論文思路設計給出一些意見，并指導在寒假中需要搜集哪些資料來支持論文的寫作。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄 (二 ) 對搜集的資料和已有的論文思路做具體指導，并給出論文的基本結構，指出寫論文格式，并說明哪些地方應該詳細介紹，哪些地方可以一筆帶過。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄（三） 指出論文的優(yōu)缺點，并對論文中的某些具體內(nèi)容指出不足，提出修改意見。并對論文的書寫提出建議 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄 (四 ) 指導論文語句的通順問題，避免論文中有錯誤和不通順的詞句，公式圖表要編號，專業(yè)術語最好要有文獻支持。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 B 指導過程記錄 指導內(nèi)容 記錄 (五 ) 論文結構指導，論文在另起一章時需要分頁，摘要字數(shù)不能過少。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師 簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄 (六 ) 參考文獻和摘要的指導，參考文獻必須有 10 篇（其中包括3篇或 3篇以上的外文參考文獻）且要在文章中引用，摘要必須要 300到 500字且英文摘要沒有語法和拼寫錯誤。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄 (七 ) 論文格式指導，論文格式須嚴格按照湖南科技學院畢業(yè)論文撰寫規(guī)范來修改，并根據(jù)湖南科技學 院畢業(yè)論文模板整理好論文。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 指導內(nèi)容 記錄 (八 ) 論文最后定稿前檢查，討論論文答辯相關事宜。 學 生 簽 名： 200 年 月 日 指導教師簽名： 200 年 月 日 答辯小組 組長意見 (對情況是否屬實做出意見 ) C 組長 (簽名 )： 200 年 月 日 注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。 本科畢業(yè)論文（設計）評審表 論文題目 光的偏振在量子計算中的應用 作者姓名 所屬系、專業(yè)、年級 指導教師 姓名、職稱 字 數(shù) 10000 定稿日期 中 文 摘 要 建立在 20世紀物理學支柱之一的量子力學基礎之上的量子信息學，是一門利用微觀粒子的量子力學原理來解決經(jīng)典信息學和經(jīng)典計算機所不能解決的問題的學科，量子力學和信息學的交叉科學，主要包括量子通信和量子計算兩部分。隨著信息技術和量子力學的不斷發(fā)展，人 們對量子信息學的研究也取得了很大的進步。目前進行量子信息處理的系統(tǒng)有很多種，其中光學系統(tǒng)首先系統(tǒng)。量子比特和量子邏輯門（簡稱量子門）是量子計算機的最基本的而又最重要的構成單元之一 ,因為量子比特是基本的量子信息載體和量子信息存儲單元，而量子計算機的運行都要通過量子邏輯門來實現(xiàn)。而且原則上量子計算中所有量子門操作都可以由單比特旋轉量子門和兩量子比特受控非門組合實現(xiàn)，因此單比特旋轉量子門和兩量子比特受控非門通常被稱為普適量子門。本文主要討論了用極化激光光子的兩個正交偏振態(tài)（水平偏振態(tài)和垂直偏振態(tài)）作為量子比特的兩 個正交態(tài)，即，???? 1,0 （ ??| 表示光子的水平偏振態(tài)， ? 表示光子的垂直偏振態(tài)），用線性光學元件實現(xiàn)普適量子邏輯門，從而原則上可以用極化光子和線性光學元件實現(xiàn)量子計算機。 關鍵詞 （ 35 個） 光子水平偏振態(tài)，光子垂直偏振態(tài)，偏振器，單量子比特旋轉，兩量子比特受控非門 英 文 摘 要 Quantum information science， built on the foundations of quantum mechanicsone of the pillars of 20th century physics, is a subject that using the principles of quantum mechanics of microparticles to solve the problem the classic informatics and classical puter can not do, ant it is a cross subject based on quantum mechanics and information