论文摘要
量子信息科学是一门新兴的交叉学科，其主要利用微观粒子作为载体，凭借着量子力学所特有的一些性质：不确定性、相干性、纠缠等，可以完成一些经典的通讯、计算、密码学无法实现的任务。近年来，量子信息论不管是在理论上，还是实验上都取得了许多激动人心的进展，显示出经典信息无法比拟的优势，打破了传统的信息沟通，密码使用和计算的限制。终将促成二十一世纪以结合量子计算技术、量子通讯技术与纳米技术、纳米组件制造技术而形成的量子工业时代。为了跻身于21世纪世界先进工业强国的行列，许多国家纷纷加大了对量子信息研究的投入力度。量子计算机，量子密码学和量子通信，是量子信息科学的三个主要领域，其量子相干性起着本质性的作用，可以说，量子信息论的所有优越性都来自于量子相干性。但不幸的是，在对量子比特的操作过程中，因为环境的影响，量子相干性将不可避免地随时间指数衰减，这就是困扰整个量子信息论的消相干问题。消相干引起量子错误，因而需要引入量子纠错编码。量子纠错编码是将量子态编入量子比特的一种方法，使得个别量子比特在保存、传输和计算过程中发生的错误和消相干对被编入的量子信息和数据没有影响。虽然量子编码和经典编码的基本想法类似，即要以合适的方式引进信息冗余，以提高信息的抗干扰能力，但量子码不是经典码的简单推广，存在着一些基本困难，如量子不可克隆定理，测量引起态的坍缩，并且量子错误的种类为连续统等。本文将围绕量子纠错编码做详细地讨论。在第二章，主要给出量子编码的基础知识，如量子比特和叠加态，常用的量子逻辑门，几种普通量子编码方案，以及量子纠错编码的一些基础性质、理论等。在第三章，从经典纠错码引入，主要讨论了三量子比特的比特翻转码和相位翻转码，为后面的工作做准备。重点在第四章，根据前面的预备知识，参照国内外在量子编码方面的进展情况，构造出了一组五量子位的叠加态编码，并运用简单的量子逻辑门，设计了纠一位错的量子线路，通过对其纠错过程的分析，发现叠加态量子纠错编码不仅简化了常规的编码式，并与常规的量子单态编码功效一样，而且更适合以后量子计算机的发展。在第五章，纵观量子信息科学的发展过程，针对实验和理论上的进展情况，主要对量子编码进行了展望，并提出自己以后的研究方向。