Quantum Computer B 電機三 莊子德

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1 Quantum Computer B90901036 電機三 莊子德

2 Outline Introduction of Quantum computer Implement of Quantum computer
Application of Quantum computer Challenge of Quantum computer Nowadays research of Quantum computer

3 Application Modeling quantum mechanical problem Real random variable
To solve quantum mechanical problem, unitary matrix

4 Apllication NP P Parallel calculation ex: factoring, data base search,
species simulation Nuclear explosion simulation Super computer not desktop NP P

5 Outline Introduction of Quantum computer Implement of Quantum computer
Application of Quantum computer Challenge of Quantum computer Nowadays research of Quantum computer

6 Challenge Control superposition, coherence state Measurement
Small story: Schrödinger’s cat Erwin Schrödinger 更為關鍵的是，量子運算會將暫存器內的量子位元變換為糾纏態。量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間具有在非古典的強關聯，例如，兩個量子位元可構成糾纏態（|00＞＋|11＞），其特性是它不能被分解為兩個單獨量子位元態的乘積 有趣的是，量子電腦運算中的狀態你不可以去偷看它；也就是「讀」或者「測量」它。你一看它，它就變成 | 0 > 或者 | 1 >而不再是一個混合的狀態了。因此量子電腦在運算完成前，你一看就全錯了！這可是量子力學最奧妙的地方了。 所謂的薛丁格之貓說的就是這件事： 話說 1935 年哥本哈根學派的成員之一的薛丁格發表了一篇文章，舉了這麼個例子：如果一個密閉的盒子裡關了一隻貓、一點放射性元素還有一個收到輻射後能放出毒藥殺死這隻貓的設備。就這麼簡單。放射性元素的狀態是由「衰變」與「不衰變」兩個狀態疊加在一起。貓的狀態，如果依照（歌本哈根學派的）量子力學描述，是由「死」與「活」兩個狀態疊加起來的態所描述。但是當你打開箱子去「看」貓時；你做了一種「測量」，一切都變成事實，貓不是「死」就是「活」；不可能「不死不活」。但是你還沒看他時他卻可能「不死不活」呢！因此當你去看的那一瞬間系統的狀態，突然有了改變；不再是個連續變化。但是波爾卻會說：貓是個「古典」的物體，你不應用量子力學去描述他。因此即使你不看他，他也是不是「死」就是「活」。或者說貓是一個宏觀的物體，放射性元素卻是個微觀的物體。宏觀的物體「應該」是依照古典力學做既定的運動。觀測時這兩個狀態不可能同時存在，波爾稱之為互補性 (complementarity)。可是什麼東西算是「古典」的什麼東西才算是「量子」的呢？這就是問題所在。最近我們已經有相當不錯的解釋了。這就是「一致歷史詮釋」（consistent history interpretation）。當然我們也已經知道這種劃分「古典」與「量子」、「宏觀」與「微觀」、「系統」與「儀器」的觀念是錯的。二分法的方法在任何領域中對的機會本來就太少了。不過本文的目的不是要討論這些，我們還是言歸正傳吧。 假設一個量子電腦是由 s 個量元組成，我們可將他在每一瞬間的狀態表示成

7 Challenge Actually used as logic gates Use Unitary matrix
Ex: CNOT controlled-NOT (XOR) 我們已經能證明幾乎所有雙位元邏輯閘（two-bit gate）都可以組成整個量子電腦。【註一】不過通常用的都是 XOR。也就是說任何一個做加法或者減法乃至乘法、除法的線路都可以用 XOR 組成。

8 Challenge Wire contact ex: Cavity QED New quantum algorithm
Error correction code, Fault-tolerance AND、OR、XOR、NOT 只要能做 NOT 及任和其他一種非線性運算，就可以達成全部的運算功能了 光纖或空氣中的光子，都可以作為傳遞自旋資訊的媒介。加州理工學院的 H.Kimble 則設法運用共振腔增強光子與空腔間之交互作用 再一個問題是錯誤更正：量子電腦無論是對系統的時間、振幅、相位的要求均很嚴格。當一個系統的狀態與它的環境狀態纏結在一起時，錯誤就會發生了。量子電腦，必需「和聲」不受外界的幹擾而「走音」 (decoherence) 。我們必須在「走音」之前完成計算。這也是與古典電腦不同的地方：以前，一個計算能否完成，全視使用者所擁有的電腦記憶體及電腦時間而定。現在，則是要看這個同調態的壽命了。 1997 年初 MIT 的 N. Gershenfeld 及 UCSB 的 I. Chuang 改用 NMR 的技術，走調的時間由於原子核中的自旋受到周圍電子的保護可以增長到數千秒。【註八】而且他們放棄了控制單一原子的想法而採取多量的原子；這使得系統更不易受環境及測量的幹擾。

9 Outline Introduction of Quantum computer Implement of Quantum computer
Application of Quantum computer Challenge of Quantum computer Nowadays research of Quantum computer

10 Nowadays Research America: SQUINT, IBM
Quantum Information and Computation Cal tech, Stanford, Berkeley, MIT, USC NASA, HP, Bell Lab, AT&T

11 NMR Quantum Computation Project
Stanford-Berkeley-MIT-IBM Now!

12 Nowadays Research European: Information Society Technologies
United Kingdom: CQC( Centre for Quantum Computation) Oxford, Cambridge

13 CQC Research Theoretical Research Experimental Research
Foundations of Quantum Theory Quantum Information Experimental Research Ion Trap Quantum Information Processing fault-tolerant quantum computing, quantum error correction Architectures for Nano-Scale Computing Quantum Optics

14 Nowadays Research Japan: ERATO (Exploratory Research for Advanced Technology) Australian: Centre for Quantum Computer Technology

15 Centre for Quantum Computer Technology
Atomic Scale Fabrication and Crystal Growth Kane quantum computer architecture Using nuclear of the P donors as a method to encode qubits has two major advantages. Firstly, the state has an extremely long decoherence time, perhaps on the order of 10^18 seconds at millikelvin temperatures. Secondly, the qubits may be manipulated by applying an oscillating magnetic field, as in typical NMR proposals. By altering the voltage on the A gates, it should be possible to alter the Larmor frequency of individual donors. This allows them to be addressed individually, by bringing specific donors into resonance with the applied oscillating magnetic field.

16 Centre for Quantum Computer Technology
Integrated Quantum Computer Devices

17 Centre for Quantum Computer Technology
Quantum Measurements Theoretical Quantum Computation and Information Optical Spectroscopy of Quantum Devices