Читать онлайн «Квантовая информатика: Учебное пособие»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ С. А. Чивилихин КВАНТОВАЯ ИНФОРМАТИКА Учебное пособие Санкт-Петербург 2009 УДК 535 С. А. Чивилихин. Квантовая информатика. Учебное пособие, – СПб: СПбГУИТМО, 2009. – 80с. В пособии рассматриваются основные принципы квантовой теории информации, а также ее приложения к квантовым вычислениям и квантовой передаче информации. Учебное пособие предназначено для студентов СПбГУ ИТМО специальностей NN 2006006802, 010500. Рекомендовано к печати Ученым Советом факультета фотоники и оптоинформатики, протокол N5 от 18 февраля 2009 г. В 2007 году СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007–2008 годы. Реализация инновационной образовательной программы «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий» позволит выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворить возрастающий спрос на специалистов в информационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях экономики. © Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2009 © Чивилихин С. А. , 2009 2  ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ……………………………………………………... ... ... ... . . 4 Глава 1. Основные принципы квантовой информатики …………... 5 1. 1. Кубит …………………………………………………………... ... ... . . 5 1. 2. Однокубитовые логические элементы …………………………… 9 Глава 2. Примеры однокубитовых элементов ………………………. 13 2. 1. Логический элемент NOT …………………………………………. 13 2. 2. Логический элемент Z ……………………………………………... 17 2. 3. Логический элемент Адамара H …………………………………… 20 2. 4. Логический элемент Y ……………………………………………... 22 π 2. 5. Логический элемент …………………………………………... . 24 8 2. 6. Логический элемент S ……………………………………………... . 27 2. 7. Логический элемент Φ ……………………………………………. 30 Глава 3. Двухкубитовые системы ……………………………………… 34 3. 1. Двухкубитовые состояния и операторы ……………………... …... 34 3. 2. Двухкубитовый квантовый логический элемент CNOT . ………... 37 3. 3. Попытка копирования неизвестного кубита с помощью двухкубитового квантового элемента CNOT ... ………... ... . . 42 Глава 4. Квантовые схемы ……………………………………………... 45 4. 1. Однокубитовые квантовые схемы. Введение ……. . ……………... 45 4. 2. Однокубитовые квантовые схемы, построенные из одинаковых элементов ………………………………. 47 4. 3. Однокубитовые квантовые схемы, построенные из разных элементов ………………………………. 51 4. 4. Двухкубитовые квантовые схемы …………………………………. 51 4. 5. Квантовая схема, создающая состояние Белла …………………… 56 Глава 5.