量子計算是涉及計算機科學和物理學的交叉研究領域,《量子混沌運動:量子計算中的干擾及其影響》首先介紹量子計算和量子混沌的基礎知識,然后針對一些典型量子算法,分析其中存在的隨機噪聲,靜態(tài)干擾和耗散干擾等引起的量子混沌運動,以及由此產生的對量子計算結果正確性,量子保真度和量子關聯(lián)等的影響,最后對量子混沌運動的調控進行了分析和仿真。
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《量子混沌運動:量子計算中的干擾及其影響》:
第1章 緒論
現(xiàn)代計算機科學從20世紀中期發(fā)展至今,極大地促進了人類社會生產力的發(fā)展,成為推動20世紀社會進步的強大力量,1936年數(shù)學家Alan Turing提出了圖靈機的計算模型,并且在Church-Turing命題中闡述了在某一物理設備上可完成的算法和數(shù)學上嚴格的通用圖靈機概念的等價性,為計算機科學理論的發(fā)展奠定了基礎[1,2],1945年基于von Neumann體系結構的電子計算機誕生,從那時起,計算機科學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個月便會增加1倍,運算速度也將提升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證的復雜過程等一系列問題變得日益嚴重,當VLSI特征尺寸發(fā)展到可以和原子或分子尺寸相比較時,量子效應將更加明顯,采用圖靈機模型的電子計算機將達到其性能的極限;而突破這種極限的途徑就是采用全新的計算模型——基于量子力學思想的量子計算就是這類模型中的一種。
量子計算是應用量子力學原理來進行計算的信息處理模式,物理學家Feynman在20世紀80年代用經(jīng)典計算機模擬量子力學系統(tǒng)時提出了量子計算和量子計算機的概念[3,4],Deutsch在1985年將Feynman的這種思想又推進了一大步,他建立了通用量子計算機的概念——盡管這個系統(tǒng)在本質上更像一個量子寄存器[s],隨后的二十幾年內,人們一直試圖證明量子計算機在計算速度上對于經(jīng)典計算機可能有著本質的超越,1994年AT&T Bell實驗室的Shor提出大數(shù)質因子分解和求解離散對數(shù)問題可以用量子計算機有效解決[6],這被看做是量子計算機比經(jīng)典計算機更加強大的有力證據(jù),隨后在1996年,Grover提出了著名的隨機數(shù)據(jù)庫搜索量子算法[7],自Shor大數(shù)質因子分解算法和Grover隨機數(shù)據(jù)庫搜索算法提出以來,國際學界掀起了一股研究量子計算和量子信息的熱潮,世界各國的大學和研究機構紛紛開展研究量子計算的工作。