量子算法及其在量子信息处理中的应用研究

量子计算与量子信息处理是近年来国际上物理学的前沿课题之一，它涉及多个学科交叉。近20年来的量子计算理论研究表明：量子计算具有从根本上超越经典计算机的计算能力和在信息处理方面的巨大潜力，在量子保密通讯和超高速计算等方面具有巨大的潜在应用价值。着眼于未来量子计算和量子信息处理的发展趋势和需求，本项目针对量子算法进行理论研究，解决经典计算方面所不能解决或很难解决的一些基本问题（如非确定性的多项式时间问题、数论问题、以及隐含子群问题等），分析这些问题的解决思路和量子处理方法，设计新的量子算法，进一步完善量子算法基本理论；研究如何利用最少的量子门组合，设计实现量子算法的最优化的量子线路，为研究量子计算机基本线路提供强有力的工具；探讨量子算法在量子信息处理中的应用，研究一些具体实例，总结归纳出能利用量子算法来提高效率和效益的量子信息处理任务的共同特点，为量子算法的实际应用研究迈出重要的一步。

量子特性在信息领域有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面有望突破现有经典信息系统的极限。量子信息科学正是由量子力学与信息科学相结合的一门学科。 近年来量子信息在理论、实验和应用领域都取得重要突破。本项目按照原预定计划进行，在一年的研究期间内共发表与本项目相关的学术论文13篇，全部为SCI收录。（1）基于经典反馈和测量操作，提出一个具有任意精度的迭代分布量子时钟同步算法。（2）基于由光纤所连接的空间分离的光腔中的虚光子诱导过程，提出快速、有效地实现原子比特的离散量子傅里叶变换算法的物理方案。（3）基于自旋量子比特和电荷探测方法，提出确定性地实现费米子量子交换门和受控交换门的物理方案。（4）提出制备多体的原子-光子和原子-原子纠缠W态和两原子Knill-Laflamme-Milburn态的物理方案；在低品质腔中的中间耦合区域，提出原子量子比特的量子信息处理方案。（5）利用弱的交叉克尔非线性，提出未知的、部分纠缠的三光子W态的纠缠浓缩方案。（6）提出确定性地实现非破坏性的N原子GHZ态分析器的物理方案和多体的光子Bell态分析器方案。（7）提出基于光子比特的量子密集编码和超密集编码方案。（8）提出任意一个三量子比特态的量子信息秘密共享方案。