利用光的偏振进行量子计算.doc

本科学生毕业论文（设计）题目 (中文)：利用光的偏振进行量子计算 (英文)：The application of the polarizationof light in quantum computation姓 名学 号院 （系）专业、年级指导教师 II毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二 年 月 日B毕业论文（设计）任务书课题名称：光的偏振在量子计算中的应用 学生姓名：系 别：专 业：指导教师： 2011 年 1 月 8 日1、 主题词、关键词：激光的偏振；量子位；量子门；偏振分束器；波片；偏振器；单量子比特操作；两量子比特操作。2、毕业论文（设计）内容要求：一、简单的介绍量子信息学的基本概念，以及构成量子计算机和量子通讯设备的基本组成单元。二、介绍激光的各种偏振态及矩阵表示法。三、分析一些光学元件（分束器，偏振器，波片等）对输入光子的作用功能。四、分析用光子的水平偏振和垂直偏振作这逻辑比特，通过常见的线性光学元件实现基本的量子门或量子操作。五、总结并展望激光在量子信息中的应用前景。3、文献查阅指引：1 P. W. Shor. Algorithms for Quantum Computation Discretelog and FactoringJ. In Proceeding of the 35th IEEE Symposium on Foundations of Computer Science. 1994,20.2 L. K. Grover. Quantum Mechanics Helps in Searching for a Needle in HaystackJ. Phys. Rev. Lett. , 1997,79,325.3 D. F. V. James, et al. Measurement of qubitsJ.2001,64:052312.4 张登玉,刘堂昆.量子逻辑门的算符及矩阵表示J.光电子激光,1999,10(3):259.5 李承祖,黄明球,陈平形,梁林梅.量子通信和量子计算M.长沙:国防科技大学出版社, 2000.6 张阜权,孙荣山,唐伟国.光学M. 1994. 7 姚启钧,华东师范大兴光学教材编写组.光学教程（第三版）M.北京：高等教育出版社，1989. 8 周兰.量子信息处理的原理和光学实现的研究D.博士学位论文,2005.9 A. Barenco, et al. Elementary gates for quantum computationJ. Phys. Rev. A, 1995,52(5):3457-3463.10 张登玉,詹明生.构造量子门一种简易方法J.物理学报,1997,46(12):2344-234.教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目光的偏振在量子计算中的应用作 者 姓 名 所属系、专业、年级 指导教师姓名、职称预计字数10000开题日期选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解1）随着信息技术和量子力学的发展，以量子力学为基本规律的量子信息学逐渐形成。由于量子力学的迭加原理大幅度地提高了计算的效率，而且量子力学的非经典相关使得真正的保密通信成为可能，量子信息学倍受关注，并成为当今学术界非常关注的热门领域。量子信息的核心旨在巧妙地利用量子相干性对信息的新型载体量子比特进行操纵控制，以非常规的方式进行信息编码、存储和传递。为了证明信息操纵和信息传输上量子力学具有非常巨大的潜力，人们急切地寻找着能实现量子信息处理的物理系统。目前进行量子信息处理的系统主要有：离子系统、核磁共振系统、微腔、囚禁的中性原子、光格中的超冷原子、微囚禁离子阵列、固态仪器和光学系统。与其它的物理学系统的实验相比，光具有其独特的量子性的特点：光子的能量 为，h为普朗克常数，v为光子频率。光子的质量为，c为光速。光子的发射速率N=Ps/hv，Ps是发射频率为v的光功率，N为单位时间发射的光子数。光的量子性所遵循的测不准关系为：N1/2，N为光子数的涨落，为相位的涨落。由于光通信中用激光器作光源，发射的是相干光，光子数很大，因而量子光通信的信息效率及检测技术就会使其它通信方式无法比拟。2）量子比特和量子逻辑门（简称量子门）是量子计算机的最基本的而又最重要的构成单元之一,因为量子比特是基本的量子信息载体和量子信息存储单元，而量子计算机的运行都要通过量子逻辑门来实现。而且原则上量子计算中所有量子门操作都可以由单比特旋转量子门和两量子比特受控非门组合实现。所以，目前人们主要研究两量子比特门理想物理系统实现。而极化激光光子的两个正交偏振态（水平偏振态和垂直偏振态）可作为量子比特的两个正交态，即，（表示光子的水平偏振态，表示光子的垂直偏振态），用线性光学元件是否可实现普适量子逻辑门？本文就是对此问题展开讨论的。主要内容：1简单的介绍量子信息学的基本概念，以及构成量子计算机和量子通讯设备的基本组成单元。2介绍激光的各种偏振态及矩阵表示法。3分析一些光学元件（分束器，偏振器，波片等）对输入光子的作用功能。4分析用光子的水平偏振和垂直偏振作这逻辑比特，通过常见的线性光学元件实现基本的量子门或量子操作。5总结并展望激光在量子信息中的应用前景。研究方法：1提出理论设想2查阅资料，并进行理论推导3分析，概括，综合完成期限和采取的主要措施：1完成期限:2011年1月18号到2011年5月8号。2采取的主要措施:严格按照毕业论文(设计)工作管理办法的规定，根据本人的具体情况，完成论文的主要措施为:1) 密切联系毕业论文(设计)指导老师，虚心接受意见和建议，和同学进行学习交流.保障毕业论文的顺利完成.2) 利用课余时间到校图书馆以及网络上查找资料，通过认真阅读参考资料，文献，结合自身所学的专业知识，积极思索，主动创新.主要参考资料：1 周兰.量子信息处理的原理和光学实现的研究D.博士学位论文,2005.2 李承祖,黄明球,陈平形,梁林梅.量子通信和量子计算M.长沙:国防科技大学出版社, 2000.3 D. F. V. James, et al.Measurement of qubitsJ.2001,64:052312.4 张登玉,刘堂昆.量子逻辑门的算符及矩阵表示J.光电子激光,1999,10(3): 259.5 P. W. Shor. Algorithms for Quantum Computation Discretelog and FactoringJ. 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 HaystackJ. Phys. Rev. Lett., 1997,79: 325.7 张阜权,孙荣山,唐伟国.光学M. 1994. 8 姚启钧,华东师范大兴光学教材编写组.光学教程（第三版）M.北京：高等教育出版社，2004. 9 A. Barenco, et al. Elementary gates for quantum computationJ.Phys. Rev. A,1995, 52(5): 3457-3463.10 张登玉，詹明生.构造量子门一种简易方法J.物理学报,1997,46（12）：2344-234.指导教师意见：指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 地点与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）会议记录摘要：会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系 部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份毕业论文（设计）中期检查表 毕业论文（设计）题 目光的偏振在量子计算中的应用学生姓名学 号系 别专 业指导教师检查日期指导教师检查情况记载及修改意见：一、检查情况1、整体进度 论文初稿已经完成，内容基本充实。2、论文结构 论文结构不太合理，有许多地方需要改进。3、论文格式 论文格式不规范，特别是引用图形要做序号标记。要按照湖南科技学院毕 业论文写作规范要求来规范格式。公式书写不规范，上标下标有错误。数学表达式、数学方程等没有单独写一行，需居中且编好序。文中的图表未按顺序标明二、修改意见1、继续斟酌论文的逻辑性，连贯性，语句的通顺性等。2、论文格式要严格按照规范和要求来做。签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目光的偏振在量子计算中的应用学生姓名学号专业班级指导教师职称系（教研室）指 导 过 程 记 录指导内容记录(一)根据所选的论文题目指导开题报告，并提供参考资料和对论文思路设计给出一些意见，并指导在寒假中需要搜集哪些资料来支持论文的写作。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(二)对搜集的资料和已有的论文思路做具体指导，并给出论文的基本结构，指出写论文格式，并说明哪些地方应该详细介绍，哪些地方可以一笔带过。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录（三）指出论文的优缺点，并对论文中的某些具体内容指出不足，提出修改意见。并对论文的书写提出建议学 生 签 名： 200 年 月 日 指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(四)指导论文语句的通顺问题，避免论文中有错误和不通顺的词句，公式图表要编号，专业术语最好要有文献支持。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)论文结构指导，论文在另起一章时需要分页，摘要字数不能过少。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(六)参考文献和摘要的指导，参考文献必须有10篇（其中包括3篇或3篇以上的外文参考文献）且要在文章中引用，摘要必须要300到500字且英文摘要没有语法和拼写错误。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(七)论文格式指导，论文格式须严格按照湖南科技学院毕业论文撰写规范来修改，并根据湖南科技学院毕业论文模板整理好论文。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(八)论文最后定稿前检查，讨论论文答辩相关事宜。学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 200 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。本科毕业论文（设计）评审表论文题目光的偏振在量子计算中的应用作者姓名所属系、专业、年级指导教师姓名、职称字 数10000定稿日期中文摘要建立在20世纪物理学支柱之一的量子力学基础之上的量子信息学，是一门利用微观粒子的量子力学原理来解决经典信息学和经典计算机所不能解决的问题的学科，量子力学和信息学的交叉科学，主要包括量子通信和量子计算两部分。随着信息技术和量子力学的不断发展，人们对量子信息学的研究也取得了很大的进步。目前进行量子信息处理的系统有很多种，其中光学系统首先系统。量子比特和量子逻辑门（简称量子门）是量子计算机的最基本的而又最重要的构成单元之一,因为量子比特是基本的量子信息载体和量子信息存储单元，而量子计算机的运行都要通过量子逻辑门来实现。而且原则上量子计算中所有量子门操作都可以由单比特旋转量子门和两量子比特受控非门组合实现，因此单比特旋转量子门和两量子比特受控非门通常被称为普适量子门。本文主要讨论了用极化激光光子的两个正交偏振态（水平偏振态和垂直偏振态）作为量子比特的两个正交态，即，（表示光子的水平偏振态，表示光子的垂直偏振态），用线性光学元件实现普适量子逻辑门，从而原则上可以用极化光子和线性光学元件实现量子计算机。关键词（3-5个）光子水平偏振态，光子垂直偏振态，偏振器，单量子比特旋转，两量子比特受控非门英文摘要 Quantum information science， built on the foundations of quantum mechanics-one of the pillars of 20th century physics, is a subject that using the principles of quantum mechanics of micro-particles to solve the problem the classic informatics and classical computer 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 communication and quantum computation. The research on quantum information has being made large progress, with the development of information technology and quantum mechanics. There are many physical systems being considered to realize quantum information processing and the optical system is the primary one. Qubit and quantum logic gates (also be called quantum logic for short) are one of the fundamental and most important elements of quantum computer, because qubit is basic information carrier and the unit of quantum information deposition, and the process of quantum computer is rely on the implementation of the quantum gates. Furthermore, any one of quantum operation in quantum computation can be discomposed into single qubit rotation quantum gates and two-qubit controlled not gates (CNOT gates), thus the single quantum gates and CNOT gates are general gates. In this dissertation, we consider using the horizontal and vertical polarization states as two orthogonal states of qubit, i.e., (denotes the horizontal polarization state, and denotes the vertical polarization state), and using the linear optical elements implement general quantum logic gates. So the quantum computer can be constructed by using polarized photons and linear optical elements.关键词(3-5个)horizontal polarization state of photon, vertical polarization state of photon, polarization instrument, single-qubit rotation, two-qubit controlled not gate single-qubit rotation， two-qubit controlled not gate指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目光的偏振在量子计算中的应用作者姓名所属系、专业、年级指导教师姓名、职称答 辩 会 纪 要时间地点答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计