大佬帶你看量子計算機，量子計算機工作原理解讀!

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?a href="/tags/量子計算機" target="_blank">量子計算機的相關(guān)報道。如果你對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、量子計算機

不管量子計算機的內(nèi)部是由什么組成，量子計算機的快速計算都可以歸結(jié)為應(yīng)用于量子比特的簡單指令序列，即量子計算機內(nèi)部的基本信息單位。無論這臺計算機是由離子鏈、超導(dǎo)體結(jié)還是硅片組成，事實證明，一次只影響一個或兩個量子比特的幾個簡單操作，就可以混合搭配起來創(chuàng)建任何量子計算機程序：這一特征使特定的幾個量子計算機程序具有“通用性”。

科學(xué)家們稱這些簡單的操作為量子門，并花了數(shù)年時間來優(yōu)化量子門安裝在一起的方式，而且已經(jīng)大幅削減了給定計算所需量子門和量子比特的數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)了如何在確保錯誤不會悄悄進(jìn)入并導(dǎo)致失敗的同時完成所有這些工作。現(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)量的簡單構(gòu)建塊，就可以實現(xiàn)堅固耐錯量子門的方法：基本上在一個稱為電路深度的參數(shù)上實現(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錯碼的量子計算機，現(xiàn)在發(fā)表在《物理評論快報》和《物理評論B》期刊上的兩篇研究論文中報道了這一發(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。電路深度計算影響每個量子比特量子門的數(shù)量，而恒定的深度意味著給定操作所需的量子門數(shù)量不會隨著計算機的增長而增加：如果要控制錯誤，這是必需的。

二、量子計算機原理

在這部分，我們來了解一下量子計算機的原理。

量子計算機是一種基于量子理論而工作的計算機。追根溯源，是對可逆機的不斷探索促進(jìn)了量子計算機的發(fā)展。量子計算機裝置遵循量子計算的基本理論，處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法。1981年，美國阿拉貢國家實驗室的Paul Benioff最早提出了量子計算的基本理論。

1、量子比特

經(jīng)典計算機信息的基本單元是比特，比特是一種有兩個狀態(tài)的物理系統(tǒng)，用0與1表示。在量子計算機中，基本信息單位是量子比特(qubit)，用兩個量子態(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說，有著獨一無二的存在特點，它以兩個邏輯態(tài)的疊加態(tài)的形式存在，這表示的是兩個狀態(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)代量子計算機模型的核心技術(shù)便是態(tài)疊加原理，屬于量子力學(xué)的一個基本原理。一個體系中，每一種可能的運動方式就被稱作態(tài)。在微觀體系中，量子的運動狀態(tài)無法確定，呈現(xiàn)統(tǒng)計性，與宏觀體系確定的運動狀態(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)兩個粒子互相糾纏時，一個粒子的行為會影響另一個粒子的狀態(tài)，此現(xiàn)象與距離無關(guān)，理論上即使相隔足夠遠(yuǎn)，量子糾纏現(xiàn)象依舊能被檢測到。因此，當(dāng)兩粒子中的一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，即此粒子被操作時，另一個粒子的狀態(tài)也會相應(yīng)的隨之改變。

4、量子并行原理

量子并行計算是量子計算機能夠超越經(jīng)典計算機的最引人注目的先進(jìn)技術(shù)。量子計算機以指數(shù)形式儲存數(shù)字，通過將量子位增至300個量子位就能儲存比宇宙中所有原子還多的數(shù)字，并能同時進(jìn)行運算。函數(shù)計算不通過經(jīng)典循環(huán)方法，可直接通過幺正變換得到，大大縮短工作損耗能量，真正實現(xiàn)可逆計算。

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