手征等效性。事物的运动，观察者处在其中和处在之外的判断是不相同的。光速的等效性使各种观察坐标之间的换算获得等效

量子信息学与环量子多共轭态 作者：叶眺新 发表日期：2010-2-8 21:06:29 来源：中思网

关键字：量子信息学 环量子 共轭态

三、量子信息学与环量子多共轭态

自然界是否确实按照环量子三旋理论的规律运行？也可以从量子信息学的角度来参加公开的较量。量子信息学是由于量子特性在信息领域中有着独特的功能，而以量子力学的态叠加原理为基础，成为量子力学与信息科学相结合的研究信息处理的一门新兴前沿科学。量子信息学包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。

1、量子计算的“格点”规范

量子比特可以制备在两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储0和1。这是环量子的三旋能办到的。由于数学操作可以同时对存储器中全部的数据进行处理，因此，量子计算机在实施一次的运算中可以同时对2 n个输入数进行数学运算。为开拓出量子计算机巨大的并行处理能力，寻找适用于这种量子计算的有效算法。1994年 s hor发现第一个量子算法，它可以有效地用来进行大数因子分解。s hor的开创性工作有力地刺激了量子计算机和量子密码术的发展，成为量子信息科学发展的重要里程碑之一。但1997年grover又发现了另一种很有用的量子算法，即所谓的量子搜寻算法。grover算法的用途很广，可以寻找最大值、最小值、平均值等，也可以用于下棋。1981年feynman指出，经典计算机与量子系统遵从不同的物理规律，用于描述量子态演化所需要的经典信息量，远远大于用来以同样精度描述相应的经典系统所需的经典信息量；采用经典计算机不可能以有效方式来模拟量子系统的演化，而量子计算则可以精确而方便地实现这种模拟。事实上，采用这种方法在简单情况下目前已预言了量子体系的行为。

一般地说，量子模拟可以按下列步骤来完成：a、根据所研究的量子体系的哈密顿量，设计出能够实现相应的幺正变换的量子网络；b、将 n―量子比特按照要求制备为特定初态；c、操作计算机进行模拟运算。计算机的终态就是所需的量子态。因此，一旦人们有了量子模拟计算机，就无需求解薛定谔方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值运算，便可精确地研究量子体系的特性。 有许多量子体系可以用这种方法来研究。例如：①高温高密度等离子体；②采用格点规范理论描述的体系，如量子色动力学；③晶体固态模型，包括诸如 h ubbard模型的固体费米系统，其量子对称性使得它们难以采用蒙特卡罗技术来模拟；④固体模型，包括诸如高温超导体的长程关联；⑤分子行为的量子模型等等。

这中间类似的所谓“格点规范”、“量子网络”，“固体模型”等，是又回到一种图形描述，而图形对应形状，又有基本的球面与环面之分，因此又与环量子的多种内禀自旋存在的多共轭量子态是相联系的。

2、量子密码与量子陀螺原理图

量子密码术是密码术与量子力学结合的产物，它利用了系统所具有的量子性质，1984年，贝内特和布拉萨德提出了第一个量子密码术方案，称为bb84方案，由此迎来了量子密码术的新时期。1992年，贝内特又提出一种更简单，但效率减半的方案，即b92方案。量子密码术并不用于传输密文，而是用于建立、传输密码本。根据量子力学的不确定性原理以及量子不可克隆定理，任何窃听者的存在都会被发现，从而保证密码本的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对安全。最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振特性，目前主流的实验方案则用光子的相位特性进行编码。目前最快的超级计算机，对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解，要耗时上百亿年，而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机，只需大约一分钟。因此，人们一旦拥有了一台量子计算机，那么目前的密码系统将毫无保密性可言！

潘建伟教授的量子纠缠经典信息处理的最基本单元是比特，即二进制数0或1；而一个按照一定数学规则给出的随机二进制数据串构成一个密钥，经典通信中最难解决的问题是密钥分配问题。如果密钥分配不是绝对保密，经典密码通信也就不可能绝对保密。但郭光灿、潘建伟等科学家开展的研究发现，基于量子力学线性叠加原理和不可克隆定理的量子密钥分配，却可以从根本上解决密钥分配这一世界性难题。虽然目前美国马萨诸塞州技术研究所与洛斯阿拉莫斯国家实验室，研制量子计算机运算器已成事实，但由于没有三旋理论的指导，西方量子计算机原理中存在有纰漏。

例如neil gershenfeld等人阐释量子计算机能同时处于多个状态且能同时作用于它的所有不同状态的量子陀螺原理图时，对量子位不动的几种陀螺旋转，就分辨不清，明显的错误是把陀螺绕y轴的体旋称为“进动”，这是不确切的。其原因是体旋实际比面旋复杂。而这一点却让量子计算机原理研究的专家所忽视，这类量子计算机原理中的纰漏，与量子计算机以量子态作为信息的载体有关。

因为，人们已提出用光子、电子、原子、离子、量子点、核自旋以及超导体中的库柏对等物理系统作为量子比特的方案，这使量子行为与经典物理的联系更紧密，但它也揭示出经典物理概念天生的不足，从而，非引入三旋概念莫属。计算机可以是任何式样的东西，也可以有不同式样的算法。以量子计算机和dna计算机为例，量子计算机利用的基本元件是原子和分子，依据的是电子或原子核的旋转以及量子粒子的奇异特性，即在不被观测的情况下，量子粒子可以同时向不同的方向旋转。传统计算机采用的是晶体管，利用晶体管的开和关来表示“1”和“0”，即是取定值0或1的比特进行工作，非0即1。而在量子计算机中，光子可以是水平偏振和垂直偏振的叠加态，原子的自旋可以同时处于向上向下旋转的不确定的“超态”。即量子计算机采用的是量子比特，一个量子比特可以是0或1，也可以既存储0又存储1。在解决问题时，量子计算机并不是依次把全部数字加起来，而是在同一时间把所有的数字加起来。

由于一个二进制位只能存储一个数据，所以几个二进制位就只能存储几个数据。而由于量子叠加效应，一个量子位可以存储2个数据，几个量子位可存储2的几次方个数据，便大大提高了存储能力。此外，现在计算中基本的逻辑门是“与”门和“非”门，对量子计算机来说，所有操作必须是可逆的，就是说由输出可以反推出输入。因此现在的逻辑门多不能用，而需要使用能实现可逆操作的逻辑门。它就是“控制非”门，又叫“量子异或”门。有了存储信息的量子位，又有了用以进行运算的量子逻辑门，便可以建造量子计算机了。其设计思想是把一束激光或者电波照射到一些精心排列的像陀螺一般旋转的原子核上。当波或者波从这些原子上反弹时，它会改变其中一些原子核的旋转方向。分析这些旋转发生了什么改变就能够完成复杂的计算任务。

但以上仅是能处理1或2个量子比特的逻辑门的单台量子计算机。实用的关键是在两个逻辑门或处理器之间可靠地传输量子数据，这不管是在一台量子计算机内或是要通过量子网络，都是需要的。即必须实现多粒子的量子“缠结”状态，或叫用量子移物的办法解决。当然这也需要有黎曼这样的空间想象力。如果用类似黎曼的想象力来看三旋，即如果用类似黎曼度规符号建构三旋度规，根据排列组合和不相容原理，三旋可以构成三代共62种自旋状态，即需要在每一点引进62个“数”。而三旋的单动态是10个，它们可以包容在10