作业帮什么是量子计算机
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/18 01:53:07
什么是量子计算机
什么是量子计算机
什么是量子计算机
量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置.当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机.量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究.研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题.
量子计算机,
布洛赫球面
早先由理查德·费曼提出,一开始是从物理现象的模拟而来的.可他发现当模拟量子现象时,因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大,一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观,甚至是不切实际的天文数字.理查德·费曼当时就想到,如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,则运算时间可大幅度减少.量子计算机的概念从此诞生.
量子计算机,或推而广之——量子资讯科学,在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态.一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法[1]后,因其对于通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后,量子计算机变成了热门的话题.除了理论之外,也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机.
半导体靠控制集成电路来记录和运算信息,量子电脑则希望控制原子或小分子的状态,记录和运算信息.
布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法,是建立量子计算机的基础.
20世纪60年代至70年代,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,从而限制了计算机的运行速度.研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆操作.那么,是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢?问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机,而且不影响运算能力.既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作,那么在量子力学中,它就可以用一个幺正变换来表示.早期量子计算机,实际上是用量子力学语言描述的经典计算机,并没有用到量子力学的本质特性,如量子态的叠加性和相干性.在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列.与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列.所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上.这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来许多奇妙的性质.与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行测量得出计算结果.因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算.量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算.除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的.
1994年,贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算,[2]而且速度远胜传统计算机.这是因为量子不像半导体只能记录0与1,可以同时表示多种状态.如果把半导体计算机比成单一乐器,量子计算机就像交响乐团,一次运算可以处理多种不同状况,因此,一个40位元的量子计算机,就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题.