量子计算，量子计算原理

      相对于今天广泛使用的计算机(我们称为经典计算机)，量子计算机以一种完全不同的方式进行计算，这给计算技术带来了全新的可能。创建于20世纪初的量子力学理论，经过大量物理实验的验证，已成为半导体及现代化学的理论基础，也与云计算密切相关。接下来就由小编为您介绍量子计算，量子计算原理。

量子计算

一、什么是量子计算

量子计算是量子系统的计算方式。量子系统的状态需要用波函数来描述，存在非黑即白的状态，这就是所谓的量子叠加态。与此同时，量子力学预言了波函数的相干和纠缠等经典物理学理论中没有的现象。尽管这些现象在日常生活中是很难直接观察的，但它们都可以在实验室里观察到。量子力学的“量子”是指在计算中利用量子相干、纠缠等效应，从而能够在比经典计算机更短的时间内完成某些特定的计算。那就是我们要开发量子电脑的主要原因。此外，量子计算技术也促进了基础研究和其他量子技术的发展，如量子通信和量子传感。

尽管量子计算机技术经历了近几年的快速发展，但相对于成熟的经典计算机技术，仍然处于起步阶段。上世纪80年代，人们提出了量子计算机的概念，此后在相当长的时间内属于基础研究范畴。当前，量子计算已从基础研究发展到工程实施与应用研究。我们尚未发现任何基本问题会导致最终不能实现有应用价值的量子计算机；同时，预测完成这一转变将需要多长时间。

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二、量子计算的原理

就算法而言，量子计算机的运算能力比经典计算机强得多。Feynman(R.Feynman)和马宁(Y.Manin)在20世纪80年代早期提出了这一概念。从20世纪40年代开始，从对核武器的研究开始，数值计算在物理学和其它学科的研究中得到了广泛的应用。这些应用中的一个重要应用就是物理系统的数值模拟。自然的物理系统都是量子系统。但是，由于记录和处理量子态需要大量的信息，所以用经典计算机模拟多体系统是一件非常困难的事情。然而，量子计算机没有这个问题。假如传统的计算机不能精确模拟量子多体系统而又能做到，那么量子计算机就比经典计算机强。

1985年，D.Deutsch发明了一种量子计算机(又称量子图灵机)模型。任何量子算法都可以用通用的量子计算机来实现。量子机是一种物理系统，它由许多量子位元(二态)构成。对于每一个量子位，|0>和|1>是分别对应于二进制数字中0和1的完全可区分的量子态。一个量子位元和一个经典位元的区别是，量子位元可以处于0和1的量子叠加态，用a|0>+b|1>表示，这里系数a和b描绘了量子位的特定状态。量子力学有许多种方法，其中被广泛应用的模型是量子线，也就是说，量子运算通过在一个量子位上执行一系列的逻辑运算来完成，如图1所示。其中包括量子位元的初始化，量子态的幺正变换，量子位元信息的读取等逻辑运算。量子力学中的量子计算机是按照量子力学法则操纵的物理系统。经过量子力学操纵的这个物理系统，实际上和电子计算机一样，也是操纵位。不过，量子电脑，操纵量子位元。也许有些朋友不熟悉电脑，不知道什么是位，更不用说量子位了。简而言之，量子位就是信息的最小单位。是一个输入，通过运算，可以得出结果的物理系统，这就是计算。

      如果我用电饭锅做饭。将大米和水放入电饭锅中，盖上盖子启动，得到米饭。添加米和水是输入，电饭锅进行操作，香米饭就是结果。只完成输入、操作和输出的物理系统就是计算。此时，决定这种计算系统的能力，也就变成了由计算系统构成的物理系统，以及我们对计算系统的控制程度。以上就是小编为您带来的量子计算，量子计算原理。