大佬帶你看量子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)工作原理解讀!

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?lái)量子計(jì)算機(jī)的相關(guān)報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、量子計(jì)算機(jī)

不管量子計(jì)算機(jī)的內(nèi)部是由什么組成，量子計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算都可以歸結(jié)為應(yīng)用于量子比特的簡(jiǎn)單指令序列，即量子計(jì)算機(jī)內(nèi)部的基本信息單位。無(wú)論這臺(tái)計(jì)算機(jī)是由離子鏈、超導(dǎo)體結(jié)還是硅片組成，事實(shí)證明，一次只影響一個(gè)或兩個(gè)量子比特的幾個(gè)簡(jiǎn)單操作，就可以混合搭配起來(lái)創(chuàng)建任何量子計(jì)算機(jī)程序：這一特征使特定的幾個(gè)量子計(jì)算機(jī)程序具有“通用性”。

科學(xué)家們稱(chēng)這些簡(jiǎn)單的操作為量子門(mén)，并花了數(shù)年時(shí)間來(lái)優(yōu)化量子門(mén)安裝在一起的方式，而且已經(jīng)大幅削減了給定計(jì)算所需量子門(mén)和量子比特的數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)了如何在確保錯(cuò)誤不會(huì)悄悄進(jìn)入并導(dǎo)致失敗的同時(shí)完成所有這些工作?，F(xiàn)在，馬里蘭大學(xué)聯(lián)合量子研究所(JQI)的科學(xué)家，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只使用固定數(shù)量的簡(jiǎn)單構(gòu)建塊，就可以實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固耐錯(cuò)量子門(mén)的方法：基本上在一個(gè)稱(chēng)為電路深度的參數(shù)上實(shí)現(xiàn)了可能的最佳減少。

其研究結(jié)果適用于基于拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)碼的量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》和《物理評(píng)論B》期刊上的兩篇研究論文中報(bào)道了這一發(fā)現(xiàn)，并在發(fā)表在《量子》(Quantum)雜志上的第三篇論文中進(jìn)行了擴(kuò)展。電路深度計(jì)算影響每個(gè)量子比特量子門(mén)的數(shù)量，而恒定的深度意味著給定操作所需的量子門(mén)數(shù)量不會(huì)隨著計(jì)算機(jī)的增長(zhǎng)而增加：如果要控制錯(cuò)誤，這是必需的。

二、量子計(jì)算機(jī)原理

在這部分，我們來(lái)了解一下量子計(jì)算機(jī)的原理。

量子計(jì)算機(jī)是一種基于量子理論而工作的計(jì)算機(jī)。追根溯源，是對(duì)可逆機(jī)的不斷探索促進(jìn)了量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)裝置遵循量子計(jì)算的基本理論，處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法。1981年，美國(guó)阿拉貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Paul Benioff最早提出了量子計(jì)算的基本理論。

1、量子比特

經(jīng)典計(jì)算機(jī)信息的基本單元是比特，比特是一種有兩個(gè)狀態(tài)的物理系統(tǒng)，用0與1表示。在量子計(jì)算機(jī)中，基本信息單位是量子比特(qubit)，用兩個(gè)量子態(tài)│0>和│1>代替經(jīng)典比特狀態(tài)0和1。量子比特相較于比特來(lái)說(shuō)，有著獨(dú)一無(wú)二的存在特點(diǎn)，它以?xún)蓚€(gè)邏輯態(tài)的疊加態(tài)的形式存在，這表示的是兩個(gè)狀態(tài)是0和1的相應(yīng)量子態(tài)疊加。 [5]

2、態(tài)疊加原理

現(xiàn)代量子計(jì)算機(jī)模型的核心技術(shù)便是態(tài)疊加原理，屬于量子力學(xué)的一個(gè)基本原理。一個(gè)體系中，每一種可能的運(yùn)動(dòng)方式就被稱(chēng)作態(tài)。在微觀體系中，量子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)法確定，呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性，與宏觀體系確定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相反。量子態(tài)就是微觀體系的態(tài)。 [5]

3、量子糾纏

量子糾纏：當(dāng)兩個(gè)粒子互相糾纏時(shí)，一個(gè)粒子的行為會(huì)影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)，此現(xiàn)象與距離無(wú)關(guān)，理論上即使相隔足夠遠(yuǎn)，量子糾纏現(xiàn)象依舊能被檢測(cè)到。因此，當(dāng)兩粒子中的一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，即此粒子被操作時(shí)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也會(huì)相應(yīng)的隨之改變。

4、量子并行原理

量子并行計(jì)算是量子計(jì)算機(jī)能夠超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的最引人注目的先進(jìn)技術(shù)。量子計(jì)算機(jī)以指數(shù)形式儲(chǔ)存數(shù)字，通過(guò)將量子位增至300個(gè)量子位就能儲(chǔ)存比宇宙中所有原子還多的數(shù)字，并能同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。函數(shù)計(jì)算不通過(guò)經(jīng)典循環(huán)方法，可直接通過(guò)幺正變換得到，大大縮短工作損耗能量，真正實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)算。

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