【正文】 設(shè)沿 z 方向傳播的橢圓偏振光的光矢量用復(fù)數(shù)表示為： )e x p ()e x p ()](e x p [ 000 xxxx tiEkztiEE ???? ?????? (3. 6) )e x p ()e x p ()](e x p [ 000 yyyy tiEkztiEE ???? ?????? (3. 7) 略去因子 tie?? ，則可表示為 )exp(0 xxx iEE ?? )exp(0 yyy iEE ?? 。在光波沿 Z軸方向傳播的情況下，有： )c o s ( 00 ?? ??? kztEE xx () )c o s ( 00 ??? ????? kztEE yy ()由此合成波的表達(dá)式為： jkztEikztEjEiEE yxyx )c o s ()c o s ( 0000 ????? ?????????? () E 的矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)橢圓，橢圓的方程為 ?? ?????? 200202202 s inc o s2yyxxyyxx EEEEEEEE (3. 4) 橢圓的主軸與 x軸構(gòu)成 ? 角， ? 值由 ?? ??? c o s22 2020 00 yx yx EE EEtg (3. 5) 確定。偏振光的最一般形式是橢圓偏振光，平面偏振光和圓偏振光都可以看作橢圓偏振光的特例。在光的傳播方向上任意一個(gè)場點(diǎn)電矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓，這種光稱為圓偏振光。 如果光在傳播過程中電矢量的振動只限于某一確定的平面內(nèi)，則稱這種光為平面偏振光，由于平面偏振光在電矢量在與傳播方向垂直的平面上的投影為一條直線，故又稱為線偏振光。光的偏振 [7]有五種可能的狀態(tài)：自然偏振光，部分偏振光，平面偏振光（亦叫線偏振光），圓偏振光和橢圓偏振光。本節(jié)主要介紹幾種常見的基本光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)普適量子邏輯門。與其他物理 學(xué)系統(tǒng)相比，光學(xué)系統(tǒng)因?yàn)槠湎喔蓵r(shí)間長，以及單個(gè)量子比特操作的易實(shí)現(xiàn)性顯得尤為突出而且光的可控分量很多，因此一個(gè)簡單的光學(xué)分束器也能證明光的量子特性。 3 量子普適門的光學(xué)實(shí)現(xiàn) 早在 1967 年 Commins 就曾利用原子級聯(lián)衰變產(chǎn)生的糾纏光源來研究量力學(xué)和局域隱變量理論的區(qū)別。若初始時(shí)，存儲器 A 處于 方程（ ）所示的 2n個(gè)的數(shù)據(jù)迭加態(tài)，而存儲器 B 處于 |0〉，經(jīng)過 fU 的一次作用我們就可以同時(shí)獲得 2n個(gè)數(shù)據(jù)的函數(shù)值。 量子計(jì)算實(shí)質(zhì)上是利用量子計(jì)算機(jī)在存儲上的特性，即一個(gè)量子位可以同時(shí)存儲 0和 1，如果一個(gè)系統(tǒng)由 n個(gè)物理位組成，在經(jīng)典中該系統(tǒng)的所有可能狀態(tài)有 2n個(gè)，對應(yīng)于量子系統(tǒng)中的 2n個(gè)相互正交的量子態(tài)，若此系統(tǒng)的一個(gè)存儲器，對于經(jīng)典存儲器，它只能存儲 2n個(gè)可能數(shù)據(jù)中的任意一個(gè)，對與量子存儲器，它可以同時(shí)存儲 2n個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè) n量子位的純態(tài)可表示為如下形式 ,2 10 iani i????? （ ） 其中系數(shù) ia 滿足歸以化條件 2| | 1ii a ??， i 是 n 個(gè)二進(jìn)制位的十進(jìn)制表示， i 對應(yīng)于從 |00… 0〉到 |１ 1… 1〉相互正交的 n2 個(gè)態(tài)。直到 1985 年， Deutdch 描繪了量子計(jì)算機(jī)，并預(yù)言了量子計(jì)算機(jī)的潛在能力，量子計(jì)算機(jī)才被人們所認(rèn)識。另外，由于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的不可逆性，經(jīng)典計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)熱不可避免，且隨著芯片集成度的不斷增大，發(fā)熱量會越來越大，如何為芯片散熱成為制約經(jīng)典計(jì)算機(jī)發(fā)展的另一個(gè)主要因素。 量子計(jì)算 自從 1946 年第一臺電子計(jì)算機(jī) ENIAC 誕生到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)技術(shù)正以驚人的速度向前發(fā)展，美國著名微芯片學(xué)家 Gorden Moore 曾在 1965 年給出一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的預(yù)言，他預(yù)言每隔 18 個(gè)月計(jì)算機(jī)處理能力增長一倍，而且單位面積芯片上集成的晶體管數(shù)目也將隨之增加一倍。顯然（ CNOT） 2=I。其特征在于：當(dāng)控制比特為 |0〉時(shí)，它不改變目標(biāo)位；當(dāng) 控制比特為 |１〉時(shí)，它將翻轉(zhuǎn)目標(biāo)位。 單比特量子門 常 見 的 單 比 特 量 子 門 主 要 有 UI， Ux， Uy， Uz 和 Hadamard 門。對量子比特進(jìn)行的基本操作，通常稱為量子門。 量子普適門 經(jīng)典信息處理是對經(jīng)典比特進(jìn)行操作，與之類似，量子信息處理是對編碼的量子態(tài)進(jìn)行一系列的控制、操作和測量等。 n個(gè)量子比特的一般態(tài)可以表示為 2n個(gè)基底態(tài)的線性疊加。如果我們以 |0〉和 |1〉這兩個(gè)獨(dú)立態(tài)為基矢張開一個(gè)二維復(fù)矢量空間，就可以說是一個(gè)二維的 Hilbert 空間。經(jīng)典比特可以看作量子比特的特例 (? =0 或 ? =0)。在量子信息系統(tǒng)中，常用量子位或量子比特 [3](qubit)表示信息單元，量子比特是兩個(gè)邏輯態(tài)的疊加態(tài) ??????????????? ???? 1|0||， ? 和 ? 為復(fù)數(shù)且滿足122 ???? 。從而得出：原則上可以用極化光子和線性光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。 我們在第二部分介紹了量子信息中的普適門操作。本文討論了用激光光子的兩個(gè)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(gè)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)），用光學(xué)偏振器實(shí)現(xiàn)量子邏輯門。最基本的量子邏輯門是單比特操作門和兩比特普適門（如 CNOT 門），因?yàn)槠渌孔舆壿嬮T都可以用單比特操作門和兩比特普適門組合實(shí)現(xiàn)。量子比特和量子邏輯門是量子計(jì)算機(jī)的最基本的而又最重要的構(gòu)成單元之一。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(shù)就會使其它通信方式無法比擬。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(shí)間發(fā)射的光子數(shù)。與其它的物理學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，光具有其獨(dú)特的量子性的特點(diǎn)：光子的能量為 ?hE? ， h 為普朗克常數(shù)， v為光子頻率。為了證明信息操縱和信息傳輸上量子力學(xué)具有非常巨大的潛力，人們急切地尋找著能實(shí)現(xiàn)量子信息處理的物理系統(tǒng)。由于量子力學(xué)的迭加原理大幅度地提高了計(jì)算的效率，而且量子力學(xué)的非經(jīng)典相關(guān)使得真正的保密通信成為可能，量子信息學(xué)倍受關(guān)注，并成為當(dāng)今學(xué)術(shù)界非常關(guān)注的熱門領(lǐng)域。本文主要討論了用極化激光光子的兩個(gè)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(gè)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(xué)元件實(shí)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(xué)元件實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。量子比特和量子邏輯門（簡稱量子門）是量子計(jì)算機(jī)的最基本的而又最重要的構(gòu)成單元之一，因?yàn)榱孔颖忍厥腔镜牧孔有畔⑤d體和量子信息存儲單元，而量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行都要通過量子邏輯門來實(shí)現(xiàn)。隨著信息技術(shù)和量子力學(xué)的不斷發(fā)展，人們對量子 信息學(xué)的研究也取得了很大的進(jìn)步。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表 論文題目 光的偏振在量子計(jì)算中的應(yīng)用 作者姓名 所屬系、專業(yè)、年級 指導(dǎo)教師 姓名、職稱 答 辯 會 紀(jì) 要 時(shí)間 地點(diǎn) 答 辯 小 組 成 員 姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱） 答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄： 會議主持人： 記 錄 人： 年 月 日 答 辯 小 組 意 見 評語： 評定等級： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 系 學(xué) 位 委 員 會 意 見 評語： 論文（設(shè)計(jì)）最終評定等級： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 系部（公章） 年 月 日 校 學(xué) 位 委 員 會 意 見 評語： 評定等級： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 10 論文篇幅 10000字左右。 15 寫作規(guī)范 符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。 5 論文質(zhì)量35% 文題相符 較好地完成論文選題的目的要求。 5 研究方法和手段的運(yùn)用能力 能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研 究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。 10 綜合運(yùn)用 知識能力 能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。 10 選題恰當(dāng) 題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。 評閱教師評定成績 評審基元 評審要素 評審內(nèi)涵 滿分 評閱教師 實(shí)評分 選題質(zhì)量25% 目的明確 符合要求 選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合訓(xùn)練的目的。 10 論文篇幅 10000字左右。 15 寫作規(guī)范 符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。 5 論文質(zhì)量35% 文題相符 較好地完成論文選題的目的要求。 5 研究方法和手段的運(yùn)用能力 能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。 10 綜合運(yùn)用 知 識能力 能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。 10 選題恰當(dāng) 題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。 關(guān)鍵詞 （ 35 個(gè)） 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(zhuǎn)，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 science. Quantum information science is mainly contains two parts of quantum munication and quantum putation. The research on quantum information has being made large progress, with the development of inf