Читать онлайн «Квантовая физика. Биты и кубиты»

 В. И. Емельянов, ~. В. Владимирова КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. БИТЫ И КУБИТЫ Москва ФизичЕский ФАКУЛЬТЕТ МГУ имЕни М. В. ЛомоносовА 2012 УДК 530. 145 В. И. Емельянов, Ю. В. Владимирова. Квантовая физика. Биты и кубиты / Учебное пособие. М . : Физический факультет МГУ, 2012. - 176 с. ISBN 978-5-8279-0108-2 Книга представляет собой краткое введение в квантовую информатику для читателей, не изучавших предварительно квантовую механику. В первой части книги проводится изложение основ волновой квантовой механики и ее приложений к . описанию энергетических спектров электронов в атомах, полу­ проводниках и низкоразмерных наноструктурах. Она завершается рассмотре­ нием полупроводниковых транзисторов (битов) в классических компьютерах. Во второй части производится переход к матричному представлению квантовой механики. Рассмотрены спин и двухуровневые атомы, реализующие квантовые биты (кубиты). Рассмотрены два режима функционирования двухуровневых атомов, взаимодействующих с электромагнитным полем: режим вынужденно­ го излучения в лазерах и нестационарные когерентные атомные процессы. Проведена аналогия второго режима с режимом функционирования кубитов при квантовых в"iчислениях. Рассмотрены квантовые логические операторы, квантовые схемы, простейшие квантовые коммуникационные протоколы и квантовые алгоритмы, демонстрирующие экспоненциально большие ресурсы квантовых вычислений. Дан обзор современного состояния проблемы физиче­ ской реализации квантового компьютера с использованием в качестве кубитов спинов, атомов, фотонов, а также макроскопических квантовых сверхпровод­ ников. Книга может служf!ть пособием для студентов физико-математических специальностей, а также представлять интерес для широкого круга читателей, интересующихся современными проблемами физики. Рецензент: д. ф. -м. н. , профессор С. П. Кулик Оформление переплета: Ю. В. Владимирова Подписано в печать 2. 07. 2012 г. Формат 60х90/16. Объем 11 п. л. Тираж 300 экз. Заказ М 0879. . Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносdва 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 2 Отпечатано в Типографии МГУ имени М. В. Ломоносова ISBN 978-5-8279-0108-2 © Физический факультет МГУ имени М. В . Ломоносова, 2012 © В . И. Емельянов, Ю. В. Владимирова, 2012  ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Г л а в а 1. Экспериментальные основы квантовой механики. Волно- вая функция микрообъекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 2. Частицы и волны в классической физике. . . . . . . . . . . . . . . . 14 1. 3. Дифракция электронов.