利用光的偏振进行量子计算毕业论文

本科学生毕业论文（设计）题目(中文)：利用光的偏振进行量子计算(英文)：The application of the polarization of light in quantum computation姓名学号院（系）专业、年级指导教师毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：二○○年月日毕业论文（设计）任务书课题名称：光的偏振在量子计算中的应用学生姓名：系别：专业：指导教师：2011 年 1 月 8 日注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。

本科毕业论文（设计）开题报告书毕业论文（设计）中期检查表注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。

毕业设计（论文）指导过程记录表优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。

优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。

本科毕业论文（设计）答辩记录表毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见目录摘要 0Abstract 01 引言 (1)2 量子信息中的普适门操作 (2)2.1 量子位(qubit) (2)2.2 量子普适门 (2)2.2.1 单比特量子门…………………………………………………………22.2.2量子受控非门 (3)2.3 量子计算 (4)3 量子普适门的光学实现 (6)3.1 激光的偏振性质及光振动的矩阵表示法 (6)3.2光子的偏振态可视为量子态 (7)3.3实现量子普适门的基本光学元件 (8)3.3.1 偏振分束器……………………………………………………………83.3.2 波片……………………………………………………………………93.3.3偏振片…………………………………………………………………103.4 偏振器实现单比特操作 (11)3.5 偏振器实现量子ＮＯＴ门和量子ＣＮＯＴ门的操作 (12)4 总结与展望 (15)参考文献 (16)致谢 (17)光的偏振在量子计算中的应用摘要：建立在20世纪物理学支柱之一的量子力学基础之上的量子信息学，是一门利用微观粒子的量子力学原理来解决经典信息学和经典计算机所不能解决的问题的学科，量子力学和信息学的交叉科学，主要包括量子通信和量子计算两部分。

随着信息技术和量子力学的不断发展，人们对量子信息学的研究也取得了很大的进步。

目前进行量子信息处理的系统有很多种，与其它的物理学系统的实验相比，光具有其独特的量子性的特点，且光通信中用激光器作光源，发射的是相干光，光子数很大，因而量子光通信的信息效率及检测技术就会使其它通信方式无法比拟。

量子比特和量子逻辑门（简称量子门）是量子计算机的最基本的而又最重要的构成单元之一，因为量子比特是基本的量子信息载体和量子信息存储单元，而量子计算机的运行都要通过量子逻辑门来实现。

而且原则上量子计算中所有量子门操作都可以由单比特旋转量子门和两量子比特受控非门组合实现，因此单比特旋转量子门和两量子比特受控非门通常被称为普适量子门。

本文主要讨论了用极化激光光子的两个正交偏振态（水平偏振态和垂直偏振态）作为量子比特的两个正交态，即，（表示光子的水平偏振态，表示光子的垂直偏振态），用线性光学元件实现普适量子逻辑门，从而原则上可以用极化光子和线性光学元件实现量子计算机。

关键词：光子水平偏振态，光子垂直偏振态，偏振分束器，波片，偏振片，量子位，单量子比特旋转，两量子比特受控非门The application of the polarization of light inquantum computationAbstract：Quantum information science， built on the foundations of quantum mechanics-one of the pillars of 20th century physics, is a subject that using the principles of quantum mechanics of micro-particles to solve the problem the classic informatics and classical computer can not do, ant it is a cross subject based on quantum mechanics and information science. Quantum information science is mainly contains two parts of quantum communication and quantum computation. The research on quantum information has being made large progress, with the development of information technology and quantum mechanics. There are many physical systems being considered to realize quantum information processing and the optical system is the primary one. Qubit and quantum logic gates (also be called quantum logic for short) are one of the fundamental and most important elements of quantum computer, because qubit is basic information carrier and the unit of quantum information deposition, and the process of quantum computer is rely on the implementation of the quantum gates. Furthermore, any one of quantum operation in quantum computation can be discomposed into single qubit rotation quantum gates and two-qubit controlled not gates (CNOT gates), thus the single quantum gates and CNOT gates are general gates. In this dissertation, we consider using the horizontal and vertical polarization states as two orthogonal states of qubit, i.e.,(denotes the horizontal polarization state, and denotes the vertical polarization state), and using the linear optical elements implement general quantum logic gates. So the quantum computer can be constructed by using polarized photons and linear optical elements.Keywords: horizontal polarization state of photon, vertical polarization state of photon, polarization instrument, single-qubit rotation, two-qubit controlled not gate.1 引言随着信息技术和量子力学的发展，以量子力学为基本规律的量子信息学逐渐形成。