量子計算機通過量子疊加存儲信息!量子計算機組成分析!

在下述的內容中，小編將會對量子計算機的相關消息予以報道，如果量子計算機是您想要了解的焦點之一，不妨和小編共同閱讀這篇文章哦。

一、量子計算機組成

量子計算機和許多計算機一樣都是由許多硬件和軟件組成的，軟件方面包括量子算法、量子編碼等，在硬件方面包括量子晶體管、量子存儲器、量子效應器等。

量子晶體管就是通過電子高速運動來突破物理的能量界限，從而實現(xiàn)晶體管的開關作用，這種晶體管控制開關的速度很快，晶體管比起普通的芯片運算能力強很多，而且對使用的環(huán)境條件適應能力很強，所以在未來的發(fā)展中，晶體管是量子計算機不可缺少的一部分。量子儲存器是一種儲存信息效率很高的儲存器，它能夠在非常短時間里對任何計算信息進行賦值，是量子計算機不可缺少的組成部分，也是量子計算機最重要的部分之一。量子計算機的效應器就是一個大型的控制系統(tǒng)，能夠控制各部件的運行。這些組成在量子計算機的發(fā)展中占領著主要的地位，發(fā)揮著重要的運用。

二、量子計算機應用前景

量子計算機理論上具有模擬任意自然系統(tǒng)的能力，同時也是發(fā)展人工智能的關鍵。由于量子計算機在并行運算上的強大能力，使它有能力快速完成經(jīng)典計算機無法完成的計算。這種優(yōu)勢在加密和破譯等領域有著巨大的應用。

(1)天氣預報：如果我們使用量子計算機在同一時間對于所有的信息進行分析，并得出結果，那么我們就可以得知天氣變化的精確走向，從而避免大量的經(jīng)濟損失。

(2)藥物研制：量子計算機對于研制新的藥物也有著極大的優(yōu)勢，量子計算機能描繪出萬億計的分子組成，并且選擇出其中最有可能的方法，這將提高人們發(fā)明新型藥物的速度，并且能夠更個性化的對于藥理進行分析。

(3)交通調度：量子計算機可以根據(jù)現(xiàn)有的交通狀況預測交通狀況，完成深度的分析，進行交通調度和優(yōu)化。

(4)保密通信：不僅僅是對于我們生活相近的方面，量子計算機對于加密通信由于其不可克隆原理，將會使得入侵者不能在不被發(fā)現(xiàn)的情況下進行破譯和竊聽，這是量子計算機本身的性質決定的。

當?shù)貢r間2022年6月9日，英國國防部宣布，獲得政府首臺量子計算機。

三、量子計算機通過量子疊加存儲信息

量子比特是量子計算機的基本信息單元。與常規(guī)計算機使用的非0即1的二進制碼不同，量子比特可同時以0和1的狀態(tài)存在。這種不確定性來源于物理學中的量子疊加：一個量子系統(tǒng)能同時存在于多個分離的量子態(tài)中。

想要進一步理解量子疊加，就不得不提及著名量子物理學家薛定諤的那只“既死又活”的貓。

薛定諤的貓其實是一個思想實驗。它假定一只貓被關在一個密閉房間內，房間里有一瓶裝著劇毒氣體的玻璃瓶，瓶上方有一個裝有放射性原子的盒子。放射性原子有一定概率發(fā)生衰變。盒里還有一個機關偵測放射性原子是否發(fā)生衰變。若發(fā)生了衰變，機關將控制一個錘子砸碎玻璃瓶，釋放出毒氣，從而使貓死亡。

但有一個問題出現(xiàn)了：假定關貓的盒子不透明且隔音，不打開盒子的話便無法知道貓的死活。如果問貓是死是活，怎么回答?不打開盒子的話只能推斷貓可能是死的，也可能是活的。

因此，現(xiàn)在盒子里關著一只“既死且活”的貓。雖然我們在實際生活中并不會遇到這樣的“幽靈貓”，但量子比特卻存在相似的情況。量子比特可以同時具有兩個或兩個以上的多重狀態(tài)(疊加態(tài))，這種現(xiàn)象就是量子疊加。

打破疊加態(tài)的方法是測量。例如，我們打開盒子后便知道了貓的生死。因為我們得到了確定的結果(非死即活)，疊加態(tài)便不復存在，物理描述為疊加態(tài)坍縮到某一個量子態(tài)。這個打開盒子的過程就是測量。

量子計算機的計算過程便涉及通過測量量子比特，使其量子態(tài)坍縮為0或1。這就使得量子計算機與我們日常生活中接觸的計算機甚至是超級計算機都有著巨大差別。普通計算機每一比特(byte)僅能存儲兩種可能狀態(tài)：非0即1。但量子計算機不同。由于量子疊加，每個量子比特理論上可同時存儲0或1這兩種狀態(tài)，這使得量子比特擁有比比特更大的信息存儲能力。比如，由于2的8次方等于256，故具有8比特的二進制計算機能表示0到255之間的任一個數(shù)字。但具有8量子比特的量子計算機可同時表示0到255之間的每個數(shù)字。

量子計算機正是通過量子疊加實現(xiàn)同時存儲大量信息的功能。因此，它們可以在處理復雜任務時，快速存儲大量數(shù)據(jù)，探索多種可能并選擇最有效的解決途徑。

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