量子比特的反面—— 根据量子力学原理，物理学家们成功地差不多实现了一条逻辑操作—

2002

您

所在的位置：三思→三思科学报道

量子比特的反面
根据量子力学原理，物理学家们成功地差不多实现了一条逻辑操作——“非”

October 29, 2002 　　

OURSCI NEWS STAFF -- 李茂全

量子运算：前途无量，可是还很遥远　 © GettyImages

　　〖北京〗与、或、非这样的基本逻辑操作，是计算机运算的基础。据说前途无量、但付诸实用还遥遥无期的量子计算机终于迈出了第一步：完成——或者说差不多完成——了一个逻辑“非”操作¹。

　　量子计算机使用量子力学原理处理信息。在理论上，它们将会比现在的计算机快得多，拥有更强的运算能力。但是目前量子运算存在一个很大障碍，就是量子规则似乎不允许哪怕是最简单的逻辑操作。

　　就像摩尔斯电码一样，传统计算机中的数据被编码成一串代表数字‘1’和‘0’的二进制电子脉冲。其中每个数字被称为一个比特（位）。接收这些信号的逻辑设备对这些编码信号进行处理，输出的信号仍然用同样的二进制电子脉冲串表示。

　　一种最简单的逻辑操作被称为“非”，它把输入的‘1’转换成输出的‘0’，把输入的‘0’转换成输出的‘1’。它每次仅仅反转一个比特，所以相对容易用标准的电子元件比如晶体管实现。

　　但是在量子计算机中实现“量子非”操作却有很大的麻烦。因为在量子计算机中，数据不是用‘1’和‘0’表示的。一个量子比特可以同时处在两个状态，是这两个“本征态”的任意迭加，就像一个同时即“开”又“关”的开关。这被称为“超态”(superposition)。所以反转一个量子比特的“量子非”操作就不再是把‘1’反转成‘0’，而是对“超态”取反。然而对于可以取任意值的量子比特，取反是不可能的。

　　不过，意大利Rome La Sapienza大学的Francesco De Martini的研究小组发明了一种方法，可以完成一个相当近似的“量子非”操作。他们用激光束对输入和输出信号编码。光是由光子组成的，光子可以处在两种偏振状态，就像是‘1’和‘0’。研究人员让激光束穿过一种特殊的晶体，使光子具有特定的超态。然后用光检测器、激光束分离器、晶体和镜面等器材，以具有特定超态的光子为输入信号，使它量子态发生变化，尽量接近一个量子比特“反转”时所应该得到的量子态。也就是说，执行了一个“量子非”操作。这表明，让量子计算机像传统计算机一样进行逻辑运算，并没有原则性的困难。

　　以前针对量子计算的试验主要集中在用量子态加密信息和读出信息，使得信息可以经过长距离的传输而不会被篡改，这就是量子加密。De Martini的研究小组第一次证实了量子信息可以在不被丢失的情况下得到转换。不过，要将这一成果应用于实际运算，还非常遥远。

　　References:

　　1. De Martini, F., Name, A.B., Buzek, V., Sciarrino, F. & Sias, C. Experimental realization of the quantum universal NOT gate. Nature, 419, 815 - 818, (2002). |Article|

给编辑来信 | 三思科学论坛 | 关闭窗口

本文相关信息：
收录时间：2002.10.29
作者：
来源：三思原创

其它相关阅读：
量子计算机

相关网站：
Nature