量子計(jì)算機(jī)和量子物理學(xué)

量子計(jì)算機(jī)是一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，它使用量子物理原理來增加超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所能達(dá)到的計(jì)算能力。量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)建立在一個(gè)小規(guī)模上，工作繼續(xù)升級(jí)到更實(shí)用的模型。

計(jì)算機(jī)如何工作

計(jì)算機(jī)通過以二進(jìn)制數(shù)字格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)起作用，這導(dǎo)致一系列1s&0s保留在諸如晶體管的電子元件中。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的每個(gè)組件稱為位，并且可以通過布爾邏輯的步驟進(jìn)行操作，使得根據(jù)計(jì)算機(jī)程序應(yīng)用的算法，位在1和0模式之間變化（有時(shí)稱為作為"on"和"off&##34;）。

量子計(jì)算機(jī)是如何工作的

另一方面，量子計(jì)算機(jī)將信息存儲(chǔ)為兩種狀態(tài)的1,0或量子疊加。這樣的"量子比特"允許比二進(jìn)制系統(tǒng)更大的靈活性。

具體而言，量子計(jì)算機(jī)將能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行更大數(shù)量級(jí)的計(jì)算。。。一個(gè)在密碼和加密領(lǐng)域有著嚴(yán)重關(guān)注和應(yīng)用的概念。有人擔(dān)心，成功的amp;實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)會(huì)通過撕裂他們的計(jì)算機(jī)安全加密來破壞世界'的金融系統(tǒng)，這些加密基于對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在宇宙壽命內(nèi)無法破解的大量數(shù)據(jù)的分解。另一方面，量子計(jì)算機(jī)可以在合理的時(shí)間段內(nèi)對(duì)數(shù)字進(jìn)行因子分析。

要了解這如何加速事情，請考慮這個(gè)例子。如果量子比特處于1狀態(tài)和0狀態(tài)的疊加，并且它與另一個(gè)量子比特在同一疊加中執(zhí)行計(jì)算，那么一個(gè)計(jì)算實(shí)際上獲得4結(jié)果：1/1結(jié)果，1/0結(jié)果，0/1結(jié)果和0/0結(jié)果。這是在解相干狀態(tài)下應(yīng)用于量子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)的結(jié)果，該狀態(tài)持續(xù)存在于狀態(tài)的疊加中，直到它坍塌成一種狀態(tài)。量子計(jì)算機(jī)同時(shí)（或在計(jì)算機(jī)術(shù)語中并行）執(zhí)行多個(gè)計(jì)算的能力稱為量子并行性。

量子計(jì)算機(jī)內(nèi)確切的物理機(jī)制在理論上有些復(fù)雜，直觀地令人不安。通常，它是根據(jù)量子物理學(xué)的多世界解釋來解釋的，其中計(jì)算機(jī)不僅在我們的宇宙中同時(shí)執(zhí)行計(jì)算，而且在其他大學(xué)中同時(shí)執(zhí)行計(jì)算，而各種量子比特處于量子狀態(tài)decoherence。雖然這聽起來很牽強(qiáng)，但多世界的解釋已被證明可以做出與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相匹配的預(yù)測。

量子計(jì)算的歷史

量子計(jì)算傾向于追溯到Richard P.Feynman在1959年發(fā)表的一篇演講中，他談到了小型化的影響，包括利用量子效應(yīng)創(chuàng)造更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)的想法。該演講通常也被認(rèn)為是納米技術(shù)的起點(diǎn)。

當(dāng)然，在實(shí)現(xiàn)計(jì)算的量子效應(yīng)之前，科學(xué)家和工程師必須更充分地開發(fā)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的技術(shù)。這就是為什么多年來，關(guān)于將Feynman'的建議變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的想法幾乎沒有直接進(jìn)展，甚至沒有興趣。

1985年，牛津大學(xué)提出了量子邏輯門和34的想法牙齒小知識(shí)，作為利用計(jì)算機(jī)內(nèi)量子領(lǐng)域的一種手段。事實(shí)上，Deutsch'關(guān)于這個(gè)問題的論文表明，任何物理過程都可以用量子計(jì)算機(jī)建模。

幾乎一個(gè)cade后來，在1994年，AT&T'Peter Shor設(shè)計(jì)了一種算法，只能使用6個(gè)量子比特來執(zhí)行一些基本的因子分解。。。當(dāng)然，需要分解的數(shù)字越復(fù)雜，立方體就越復(fù)雜。

已經(jīng)建立了一些量子計(jì)算機(jī)。第一臺(tái)是1998年的2 qubit量子計(jì)算機(jī)，可以在幾納秒后失去去相干之前執(zhí)行簡單的計(jì)算。2000年，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了4位量子計(jì)算機(jī)和7位量子計(jì)算機(jī)。盡管一些物理學(xué)家和工程師對(duì)將這些實(shí)驗(yàn)升級(jí)到全面計(jì)算系統(tǒng)所涉及的困難表示擔(dān)憂，但對(duì)該主題的研究仍然非?；钴S。盡管如此，這些初步步驟的成功確實(shí)表明基本理論是合理的。

量子計(jì)算機(jī)的困難

量子計(jì)算機(jī)的主要缺點(diǎn)與其強(qiáng)度相同：量子去相干。量子波函數(shù)處于狀態(tài)之間的疊加狀態(tài)時(shí)執(zhí)行qubit計(jì)算，這允許它同時(shí)使用1&0狀態(tài)執(zhí)行計(jì)算。

然而，當(dāng)對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行任何類型的測量時(shí)，去相干分解并且波函數(shù)坍塌為單一狀態(tài)。因此，計(jì)算機(jī)必須以某種方式繼續(xù)進(jìn)行這些計(jì)算，而不進(jìn)行任何測量，直到適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，然后它可以退出量子狀態(tài)，進(jìn)行測量以讀取其結(jié)果，然后傳遞給其余部分。系統(tǒng)。

在這種規(guī)模上操縱系統(tǒng)的物理要求是相當(dāng)大的，涉及超級(jí)導(dǎo)體，納米技術(shù)和量子電子學(xué)以及其他領(lǐng)域。這些都是一個(gè)仍在充分發(fā)展的復(fù)雜領(lǐng)域，因此試圖將它們?nèi)亢喜⒌揭粋€(gè)功能量子計(jì)算機(jī)中是一項(xiàng)我不愿意的任務(wù);特別嫉妒任何人。。。除了最終成功的人。