量子计算是什么意思量子计算是什么 _生活百科

量子计算是一种根据量子力学规律调节量子信息模块的新型计算模式。与传统的通用计算机相比，其理论模型是通用图灵机；通用量子计算机的理论模型应由量子力学规律重新解释。从可计算的问题来看，量子计算机只能处理传统计算机所能解决的问题，但在计算效率方面，由于量子力学叠加的出现，一些已知的量子算法在处理问题时比传统的通用计算机更快。

文章插图
概念提出量子计算(quantum computation) 阿岗国家实验室最早提出的概念 P. Benioff 于 80 年初提出二能阶量子系统可用于仿真数字计算；后来费曼也对这个问题感兴趣，开始研究，并在 1981 麻省理工学院于2000年举行 First Conference on Physics of Computation 给出一个演讲，勾勒出用量子现象完成计算的愿景。1985 年，牛津大学 D. Deutsch 提出量子图灵机（quantum Turing machine）量子计算的概念开始具有数学的基本类型。1985 年，牛津大学 D. Deutsch 提出量子图灵机（quantum Turing machine）量子计算的概念开始具有数学的基本类型。然而，上述量子计算研究大多局限于讨论计算的物理本质，仍然处于非常抽象的水平，并没有进一步进入算法开发的阶段。
发展前途量子计算可能会使计算机的计算水平远远超过今天的计算机，但仍有许多障碍。大规模量子计算的重要问题是如何长期保持足够的量子相关性，并在此期间进行足够的超高精度量子逻辑操作。
基本原理量子力学态叠加原理促使量子信息单元处于多种可能的叠加状态，导致量子信息处理比传统信息处理具有更大的效率潜力。在普通计算机里 2 存储器只能存储在一定时间内存储在一定时间内 4 二进制数(00、01、10、11)中的一个，量子计算机中的 2 位量子位（qubit）存储器可以同时存储这四种状态的叠加状态。随着量子比特数的增加，针对量子比特数的增加 n 就量子比特而言，量子信息可以处于状态 2 随着量子力学演化的并行性，这种可能状态的积累可以比传统计算机呈现出更快的响应速度。
量子位
量子位（qubit）它是量子计算理论的基础。在传统计算机中，信息模块采用二进制 1 个位描述，它不在“中” 0” 状态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息模块被称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 状态外，也可处于叠加态（superposed state）。
叠加态是“ 0” 态和“ 1” 状态的随机线性叠加可以是“ 0” 状态又可以是“ 1” 态， “ 0” 态和“ 1” 各有一定的机会同时存在. 根据测量或与其他物体的相互影响，显示“ 0” 态或 “ 1” 任何两态量子系统都可用于完成量子位，例如，氢原子中的电子基态（ground state）和第 1 激发态（first excited state)、质子自旋在任意角度1/ 2 份量和- 1/ 2 份量、圆偏振光的左右旋转等。
一个量子系统包括多个颗粒，这些颗粒是按照量子力学规律运动的，称系统处于一定量子态的态空间。这里提到的态空间是指多个本征态（eigenstate) (即基本量子态)所张成的矢量空间，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用 Hilbert 用空间(线形复向量空间)来表达，即 Hilbert 为了方便表示和计算，空间可以描述量子系统的各种可能的量子态。Dirac 提出使用标记|x〉描述量子态， |x〉它是一个列向量，称为 ket ；它共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈x|表明，〈x|是一种行向量，称为 bra.量子位的叠加态可以使用二维 Hilbert 单位向量表示空间（即二维复向量空间）。
叠加原理
将量子考虑为磁场中的电子。电子旋转可能与磁场一致，称为上转，或与磁场相反，称为下旋。如果我们能在消除外部影响的前提下，用动能脉冲将下自旋转转变为上自旋转；然后，我们将使用一半的能量脉冲将下自旋转变为下自旋和上自旋累加状态（每种情况下的概率为一半）。针对 n 就量子比特而言，它能承受重量 2 的 n 次方状态的叠加状态。量子计算机的操作过程被称为姚正演变，姚正演变将确保每个可能的状态都以平行的方式演变。这意味着量子计算机如果有， 500 量子比特，那么量子计算的每一步都会让量子计算 2500 同时进行操作的概率。2500 这是一个可怕的数字，比地球上已知的原子数要多（这是一个真正的并行计算，今天的经典计算机，所谓的并行CPU仍然一次只做一件事）。
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