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1，量子計算機的原理

量子計算機（quantum computer）是一種使用量子邏輯進行通用計算的裝置。不同於電子計算機，量子計算用來存儲資料的對象是量子位元，它使用量子演算法來進行資料操作。

量子計算機的原理

2，量子計算機的工作原理

普通的數字計算機在0和1的二進制系統上運行，稱為“比特”（bit）。但量子計算機要遠遠更為強大。它們可以在量子比特（qubit）上運算，可以計算0和1之間的數值。假想一個放置在磁場中的原子，它像陀螺一樣旋轉，于是它的旋轉軸可以不是向上指就是向下指。常識告訴我們：原子的旋轉可能向上也可能向下，但不可能同時都進行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態的總和，一個向上轉的原子和一個向下轉的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使用所有不可思議狀態的總和來描述。想象一串原子排列在一個磁場中，以相同的方式旋轉。如果一束激光照射在這串原子上方，激光束會躍下這組原子，迅速翻轉一些原子的旋轉軸。通過測量進入的和離開的激光束的差異，我們已經完成了一次復雜的量子“計算”，涉及了許多自旋的快速移動。從數學抽象上看，量子計算機執行以集合為基本運算單元的計算，普通計算機執行以元素為基本運算單元的計算（如果集合中只有一個元素，量子計算與經典計算沒有區別）。以函數y=f(x)，x∈A為例。量子計算的輸入參數是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A)；經典計算的輸入參數是x，得到輸出值y，要多次計算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。量子計算機有一個待解決的問題，即輸出值域B只能隨機取出一個有效值y。雖然通過將不希望的輸出導向空集的方法，已使輸出集B中的元素遠少于輸入集A中的元素，但當需要取出全部有效值時仍需要多次計算。

量子計算機的工作原理

3，量子計算機的概念和工作原理是什么

量子計算機技術涉及利用量子粒子作為一個替代位今天的電腦。該理論的量子計算機始于20年前與保羅貝尼奧夫，物理學家在阿貢國家實驗室，誰使用的概念圖靈機作為一種模式的量子計算機。一個圖靈機組成的一盤磁帶無限期長度可分為大小均勻廣場。裝置能閱讀的空白和符號，在磁帶是用來指示一臺機器，使某一特定程序可以完成。基本理論量子計算機量子計算機利用量子粒子的“磁帶”的圖靈實驗。由于存在一個符號或一個空白的圖靈機的磁帶，象征二進制數字，所以可以狀況的量子粒子被用來舉行這些價值觀。使用多量子粒子也意味著，量子計算機將大大快于圖靈機，因為它可以執行數計算同時進行。此外，與今天的電腦使用的基本位其中只有兩個國家（ 1或0 ），量子計算機存儲信息的量子位能容納兩個以上的價值。這種能力的量子位存在于兩個以上國家意味著量子計算機有能力的表演超過了100萬計算同時在同一時間和潛力，有很多更快和功能更強大很多比今天的超級計算機。量子計算機還可以利用另外一個重要特點量子粒子被稱為糾纏。財產的糾纏可以轉讓，并確定價值或自旋的量子粒子通過引入外部力量。發展量子計算機雖然量子粒子可用于制造計算機，量子計算機仍然遠遠沒有成為現實，大部分的研究是理論。迄今為止，科學家一直無法操縱超過7量子位在解決數學公式。有這方面的事態發展，然而，最引人注目的有：試驗于2000年8月的研究人員在IBM 阿爾馬登研究中心能夠使細胞核的五個氟原子相互作用的量子位利用磁共振成像和無線電頻率脈沖。這個實驗證明是成功的解決了復雜的數學問題，以便找到所謂（確定時期的一個函數）的一個步驟。今天的計算機能夠解決同樣的問題只有通過反復循環。同一年試驗，洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究人員已經能夠建立一個7量子位量子計算機，采用核磁共振影響粒子在原子核中的分子跨巴豆流體（液體由四個碳原子和6個氫原子）。核磁共振用線的粒子雖然應用電磁脈沖模仿位信息編碼過程的數字化電腦。

量子計算機的概念和工作原理是什么

4，量子計算機基本原理是什么又長什么樣

這東西現在還是傻大黑粗的原始形態，你估計也不想看見。現在比最早的計算機艾尼亞克快10-100倍，根本沒法用。艾尼亞克是個三十噸的大家伙。它的原理倒是比較簡單，就是用光子代替了電子傳輸信息，用電子只有兩種狀態，高電平代表1，低電平代表0.用光子就好很多了，一個光子可以傳遞幾個甚至幾十個狀態。計算速度就從2^n變成了10^n或者100^n，同樣的傳輸單位傳達的信息和計算的信息增大多少應該很明顯吧。這種計算機的原理和算法已經研究很多年了，都是虛擬研究，現在才有了象點樣的實物，應該會發展很快的。

20世紀60年代至70年代，人們發現能耗會導致計算機中的芯片發熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計算機的運行速度。研究發現，能耗來源于計算過程中的不可逆操作。那么，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢？問題的答案是：所有經典計算機都可以找到一種對應的可逆計算機，而且不影響運算能力。既然計算機中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學中，它就可以用一個幺正變換來表示。早期量子計算機，實際上是用量子力學語言描述的經典計算機，并沒有用到量子力學的本質特性，如量子態的疊加性和相干性。在經典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態的疊加態上，而且還可以處于糾纏態上。這些特殊的量子態，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同，量子計算機可以做任意的幺正變換，在得到輸出態后，進行測量得出計算結果。因此，量子計算對經典計算作了極大的擴充，在數學形式上，經典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子計算機對每一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，并按一定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子并行計算。除了進行并行計算外，量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統，這項工作是經典計算機無法勝任的。無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。遺憾的是，在實際系統中量子相干性很難保持。在量子計算機中，量子比特不是一個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相干性的衰減，即消相干。因此，要使量子計算成為現實，一個核心問題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優點為適用范圍廣，缺點是效率不高。迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機。但是，世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實現量子計算，方案并不少，問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。現在還很難說哪一種方案更有前景，只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成化和小型化。將來也許現有的方案都派不上用場，最后脫穎而出的是一種全新的設計，而這種新設計又是以某種新材料為基礎，就像半導體材料對于電子計算機一樣。研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然一新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算機無法解決的問題。摘自《科技日報