量子信息概论 郭光灿.pdf

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上传时间: 2025-04-21
关键词: 量子比特 测量 量子 物理 自然 国家 科学 基金 数理 委员会
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描述
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量子信息概论
郭光灿
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验
物
理
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量子比特
比特（bit）是经典计算和经典信息的基本
概念，经典信息的基本单元。
比特：0或1， 或 ，0 1
量子比特：
称 和 为计算基态。
,10 βαψ += 122 =+ βα
0 1
等效表示：
式中θ,ϕ为实数，θ和ϕ定义单位三维球面
上的一个点。Bloch球。
1
2
sin0
2
cos θθψ ϕie+=
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量子比特的物理载体：任意二态的量子体
系，如光子、原子、电子、原子核等。
一个量子比特表示多少信息?
如若不进行测量，一个量子比特代表多少
信息?
若对 进行一次测量，只能给出0或1，量子
比特的测量后的态为 或 。因此，从一次
测量，人们只能获得关于量子比特态的一个
ψ
0 1
比特的信息。
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——这是个微妙的问题。如果不进行测量，人们
如何度量信息呢？尽管如此，这里仍有重要概念
性问题存在。因为当Nature 演化量子比特的封闭
量子系统，不做任何“测量”，她显然会保持住用
于描述该态的全部连续变量（如α和β）的踪迹。
在某种意义上讲，Nature 在一个量子比特的态
中，隐藏有大量的“hidden information”（隐信
息），更有趣的是，这种额外“信息”的数量随着
量子比特的数目指数增加。如何理解这类隐信息
正是我们要致力研究的问题，也是量子力学之所
以成为信息处理强有力工具的核心。
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多量子比特
两个量子比特
两个经典比特，有4种可能状态：00, 01, 10, 11。
两个量子比特有4个计算基态： 。11,10,01,00
两个量子比特可表示为
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