未來的信息技術(shù)ppt課件(參考版)
2025-05-08 00:05本頁面
【正文】 六、結(jié)論 Thank you very much! The End 。 科技部 973項目“量子通信與量子信息技術(shù)”中期總結(jié)進展順利，成果顯著（如 Nature 1篇， Phys. Rev. Lett. 18 篇），初步建立實驗平臺，形成一支研究隊伍。量子信息技術(shù)將是后莫爾時代的新技術(shù)，有著廣闊的發(fā)展前景。 五、量子信息基礎(chǔ)理論 目 錄 一、引言－ 后莫爾時代的新技術(shù) 二、量子密碼 三、量子因特網(wǎng) 四、量子計算 五、量子信息基礎(chǔ)理論 六、結(jié)論 六、結(jié)論 自然界有三大要素： 物質(zhì)、能量和信息， 20世紀(jì)，人類將物質(zhì)和能量量子化，誕生了以微電子和激光為代表的現(xiàn)代技術(shù)，將人類的文明社會推進到新的發(fā)展階段。 五、量子信息基礎(chǔ)理論 量子信息論 量子信息論是量子信息科學(xué)的理論基礎(chǔ)，正如信息論是信息科學(xué)的理論基礎(chǔ)一樣。 量子糾纏 量子糾纏是量子信息領(lǐng)域最重要和最基本的資源，量子信息的許多新功能均基于量子糾纏特性。 近幾年來，尚未出現(xiàn)更多有效量子算法，但人們深信，隨著量子計算機的研制取得成功，將吸引更多數(shù)學(xué)家來參加量子算法的研究，并取得豐富的研究成果。主要研究內(nèi)容是各種消相干物理過程，有效的、實用的、容錯編碼，人們希望設(shè)計出消耗資源最小、糾錯能力最強且易于操作的實用量子碼。當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的若干研究內(nèi)容如下： 五、量子信息基礎(chǔ)理論 量子編碼 量子編碼用來有效地克服環(huán)境不可避免地引起的消相干，確保量子通信和量子計算的可靠性。 量子比特 普適門 固體微球腔中離子能級 單個量子比特的旋轉(zhuǎn) ＋ 兩個量子比特的可控相位門 四、量子計算 可控相位門 i j 量子芯片 以光子作中介采用 局域操作 實現(xiàn) K2 : Transmitted at [0,T] Reflected at [T,2T] HWP1 (HWP2) : ? ?/2pR ??CPF gate between two ions 目 錄 一、引言－ 后莫爾時代的新技術(shù) 二、量子密碼 三、量子因特網(wǎng) 四、量子計算 五、量子信息基礎(chǔ)理論 六、結(jié)論 五、量子信息基礎(chǔ)理論 量子信息應(yīng)用量子力學(xué)原理和方法來研究信息科學(xué)，從而開發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無法做到的新信息功能，反過來，量子信息的發(fā)展大大地豐富了量子力學(xué)的研究內(nèi)容，有力地將量子理論推向更深層次的發(fā)展階段，使人類對自然界的認(rèn)識更深刻、更本質(zhì)。 總之，量子計算機的實現(xiàn)原則上已不存在不可逾越的困難，但量子硬件的突破尚有待時日。 它引入冗余度，將有用的量子信息分配到更多量子比特之間糾纏之中。若不能有效地克服消相干，即是量子硬件做成了，量子計算機也無法實際應(yīng)用。 四、量子計算 量子門和量子邏輯網(wǎng)絡(luò) 1995年 美國 勢阱中離子 2量子比特 PRL 1995年 美國 微腔 — 原子 2量子比特 PRL 1997年 美國 核磁共振 2量子比特 Science 1999年 日本 電子庫柏對 單量子比特 Nature 2022年 美國 勢阱中離子 4量子比特 Nature 2022年 美、德 核磁共振 5量子比特 Nature 2022年 美國 核磁共振 7量子比特 Nature 1998年 中國 核磁共振 2量子比特 CPL 2022年 中國 核磁共振 3量子比特 CPL 2022年 中國 核磁共振 4量子比特 PRA 四、量子計算 量子算法 1994年， Shor量子并行算法 1997年， Grove量子搜尋算法 已有更多算法在探索之中。由于量子計算必須是在相干地操控多個量子邏輯比特時才能展示出巨大的威力，所以，作為一個長遠的目標(biāo)，我們應(yīng)該發(fā)展具有可擴展性的量子計算技術(shù)。美國在 2022年年底制定的十年發(fā)展規(guī)劃中，已明確地將目標(biāo)定位于： “ 到 2022年發(fā)展一套可行的帶有足夠復(fù)雜度的量子計算技術(shù)，以其充當(dāng)量子計算檢測平臺的功能，在這個平臺之上去探索量子計算機的構(gòu)建及算法等問題 ” 。 四、量子計算 量子計算機的實現(xiàn)已不存在原則性的障礙。該技術(shù)一旦成為現(xiàn)實，基于量子力學(xué)的算法將遠優(yōu)于經(jīng)典算法，從而使現(xiàn)有的密碼系統(tǒng)產(chǎn)生根本性的變革，直接影響到各國的國防部門乃至整個經(jīng)濟社會；基于量子計算的量子模擬技術(shù)，將有助于人們清楚地認(rèn)識介觀體系的物性。 若以每秒 106次的運算速率，經(jīng)典計算機要花 1000年，而量子計算機采用 Grove算法，則低于 4分鐘。 N21 21量子計算機 采用并行處理，只需 次，找到的幾率接近 100％ (Grover算法 )。 經(jīng)典計算機 一個個查詢，直到找到所要的號碼。 四、量子計算 Grover 量子搜尋算法 問題：從 N個未分類的客體中尋找出某個特定客體。 四、量子計算 Shor算法證明 : 采用量子計算機并行計算，分解 N的時間隨 logN 的多項式增長 (即可解問題 )。 這個算法可以求解“大數(shù)因子分解”難題 這類大數(shù)因子分解是個難解的數(shù)學(xué)問題 其安全性依賴于“單向”函數(shù) 127 129＝？ 很容易計算 ？ ？＝ 29083 很難計算 四、量子計算 分解 N 運算步驟（時間）隨輸入長度 logN 指數(shù)增長，用經(jīng)典計算是難以計算的。 采用合適的量子算法， 這個能力可以大大地提高計 算機的運算速度。 量子計算機 對 N個存儲器運算一次 ，同 時 變 換 2 N 個數(shù)據(jù) 。 例如， N=250, 量子存儲器可同時存儲比宇宙中原子數(shù)目還要多的數(shù)據(jù)。 目前，國際學(xué)術(shù)界正致力于上述關(guān)鍵性科學(xué)和技術(shù)問題的研究，一旦取得突破就可實現(xiàn)量子因特網(wǎng)，它可與量子計算相結(jié)合，實現(xiàn)量子信息的遠程操作，遠程量子態(tài)制備和遠程量子態(tài)克隆，還可以實現(xiàn)高精度的量子刻蝕和時鐘同步，在分布計算中有效地降低通信復(fù)雜度等。 Lukin 小組采用熱原子系綜，但不處于單光子范疇。?write read Stokes photon AntiStokes photon SM fiber Read beam C Magic shield ADBDCDDD1F2F2PBS1PBS 1BS2BSWrite beam SM fiber SM fiber SM fiber 三、量子因特網(wǎng) 由測得數(shù)據(jù)來檢驗是否違背 CauchySchwarz 不等式 : 實驗結(jié)果 三、量子因特網(wǎng) Wei Jiang, Chao Han, Peng Xue, LuMing Duan, GuangCan Guo, Preprint quantph/0309175 三、量子因特網(wǎng) 同 Kimble， Lukin兩個小組的實驗相比， 我們的實驗有以下優(yōu)點： 采用室溫 Rb原子氣體，比 Kimble組的 MOT束縛冷原子簡單，便宜。 在實驗中，原子集體激發(fā)不斷地被轉(zhuǎn)換成光子，由此，我們便可觀察兩個相繼發(fā)射光子之間的關(guān)聯(lián)。若無存儲器，則要求所有段的純化要同時成功，這樣的事件的概率隨距離指數(shù)降低！ ?
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