量子計算機和量子物理學(xué)

量子計算機是一種計算機設(shè)計，它使用量子物理原理來增加超出傳統(tǒng)計算機所能達到的計算能力。量子計算機已經(jīng)建立在一個小規(guī)模上，工作繼續(xù)升級到更實用的模型。

計算機如何工作

計算機通過以二進制數(shù)字格式存儲數(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。計算機存儲器的每個組件稱為位，并且可以通過布爾邏輯的步驟進行操作，使得根據(jù)計算機程序應(yīng)用的算法，位在1和0模式之間變化（有時稱為作為"on"和"off&##34;）。

量子計算機是如何工作的

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

具體而言，量子計算機將能夠比傳統(tǒng)計算機執(zhí)行更大數(shù)量級的計算。。。一個在密碼和加密領(lǐng)域有著嚴重關(guān)注和應(yīng)用的概念。有人擔(dān)心，成功的amp;實用的量子計算機會通過撕裂他們的計算機安全加密來破壞世界'的金融系統(tǒng)，這些加密基于對傳統(tǒng)計算機在宇宙壽命內(nèi)無法破解的大量數(shù)據(jù)的分解。另一方面，量子計算機可以在合理的時間段內(nèi)對數(shù)字進行因子分析。

要了解這如何加速事情，請考慮這個例子。如果量子比特處于1狀態(tài)和0狀態(tài)的疊加，并且它與另一個量子比特在同一疊加中執(zhí)行計算，那么一個計算實際上獲得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)。量子計算機同時（或在計算機術(shù)語中并行）執(zhí)行多個計算的能力稱為量子并行性。

量子計算機內(nèi)確切的物理機制在理論上有些復(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，其中計算機不僅在我們的宇宙中同時執(zhí)行計算，而且在其他大學(xué)中同時執(zhí)行計算，而各種量子比特處于量子狀態(tài)decoherence。雖然這聽起來很牽強，但多世界的解釋已被證明可以做出與實驗結(jié)果相匹配的預(yù)測。

量子計算的歷史

量子計算傾向于追溯到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)造更強大的計算機的想法。該演講通常也被認為是納米技術(shù)的起點。

當(dāng)然，在實現(xiàn)計算的量子效應(yīng)之前，科學(xué)家和工程師必須更充分地開發(fā)傳統(tǒng)計算機的技術(shù)。這就是為什么多年來，關(guān)于將Feynman'的建議變?yōu)楝F(xiàn)實的想法幾乎沒有直接進展，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，作為利用計算機內(nèi)量子領(lǐng)域的一種手段。事實上，Deutsch'關(guān)于這個問題的論文表明，任何物理過程都可以用量子計算機建模。

幾乎一個cade后來，在1994年，AT&T'Peter Shor設(shè)計了一種算法，只能使用6個量子比特來執(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)建立了一些量子計算機。第一臺是1998年的2 qubit量子計算機，可以在幾納秒后失去去相干之前執(zhí)行簡單的計算。2000年，團隊成功構(gòu)建了4位量子計算機和7位量子計算機。盡管一些物理學(xué)家和工程師對將這些實驗升級到全面計算系統(tǒng)所涉及的困難表示擔(dān)憂，但對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表明基本理論是合理的。

量子計算機的困難

量子計算機的主要缺點與其強度相同：量子去相干。量子波函數(shù)處于狀態(tài)之間的疊加狀態(tài)時執(zhí)行qubit計算，這允許它同時使用1&0狀態(tài)執(zhí)行計算。

然而，當(dāng)對量子系統(tǒng)進行任何類型的測量時，去相干分解并且波函數(shù)坍塌為單一狀態(tài)。因此，計算機必須以某種方式繼續(xù)進行這些計算，而不進行任何測量，直到適當(dāng)?shù)臅r間，然后它可以退出量子狀態(tài)，進行測量以讀取其結(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€功能量子計算機中是一項我不愿意的任務(wù);特別嫉妒任何人。。。除了最終成功的人。