相對于今天廣泛使用的計算機(我們稱為經典計算機)，量子計算機以一種完全不同的方式進行計算，這給計算技術帶來了全新的可能。創建于20世紀初的量子力學理論，經過大量物理實驗的驗證，已成為半導體及現代化學的理論基礎，也與云計算密切相關。接下來就由小編為您介紹量子計算，量子計算原理。

量子計算

一、什么是量子計算

量子計算是量子系統的計算方式。量子系統的狀態需要用波函數來描述，存在非黑即白的狀態，這就是所謂的量子疊加態。與此同時，量子力學預言了波函數的相干和糾纏等經典物理學理論中沒有的現象。盡管這些現象在日常生活中是很難直接觀察的，但它們都可以在實驗室里觀察到。量子力學的“量子”是指在計算中利用量子相干、糾纏等效應，從而能夠在比經典計算機更短的時間內完成某些特定的計算。那就是我們要開發量子電腦的主要原因。此外，量子計算技術也促進了基礎研究和其他量子技術的發展，如量子通信和量子傳感。

盡管量子計算機技術經歷了近幾年的快速發展，但相對于成熟的經典計算機技術，仍然處于起步階段。上世紀80年代，人們提出了量子計算機的概念，此后在相當長的時間內屬于基礎研究范疇。當前，量子計算已從基礎研究發展到工程實施與應用研究。我們尚未發現任何基本問題會導致最終不能實現有應用價值的量子計算機；同時，預測完成這一轉變將需要多長時間。

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二、量子計算的原理

就算法而言，量子計算機的運算能力比經典計算機強得多。Feynman(R.Feynman)和馬寧(Y.Manin)在20世紀80年代早期提出了這一概念。從20世紀40年代開始，從對核武器的研究開始，數值計算在物理學和其它學科的研究中得到了廣泛的應用。這些應用中的一個重要應用就是物理系統的數值模擬。自然的物理系統都是量子系統。但是，由于記錄和處理量子態需要大量的信息，所以用經典計算機模擬多體系統是一件非常困難的事情。然而，量子計算機沒有這個問題。假如傳統的計算機不能精確模擬量子多體系統而又能做到，那么量子計算機就比經典計算機強。

1985年，D.Deutsch發明了一種量子計算機(又稱量子圖靈機)模型。任何量子算法都可以用通用的量子計算機來實現。量子機是一種物理系統，它由許多量子位元(二態)構成。對于每一個量子位，|0>和|1>是分別對應于二進制數字中0和1的完全可區分的量子態。一個量子位元和一個經典位元的區別是，量子位元可以處于0和1的量子疊加態，用a|0>+b|1>表示，這里系數a和b描繪了量子位的特定狀態。量子力學有許多種方法，其中被廣泛應用的模型是量子線，也就是說，量子運算通過在一個量子位上執行一系列的邏輯運算來完成，如圖1所示。其中包括量子位元的初始化，量子態的幺正變換，量子位元信息的讀取等邏輯運算。量子力學中的量子計算機是按照量子力學法則操縱的物理系統。經過量子力學操縱的這個物理系統，實際上和電子計算機一樣，也是操縱位。不過，量子電腦，操縱量子位元。也許有些朋友不熟悉電腦，不知道什么是位，更不用說量子位了。簡而言之，量子位就是信息的最小單位。是一個輸入，通過運算，可以得出結果的物理系統，這就是計算。

      如果我用電飯鍋做飯。將大米和水放入電飯鍋中，蓋上蓋子啟動，得到米飯。添加米和水是輸入，電飯鍋進行操作，香米飯就是結果。只完成輸入、操作和輸出的物理系統就是計算。此時，決定這種計算系統的能力，也就變成了由計算系統構成的物理系統，以及我們對計算系統的控制程度。以上就是小編為您帶來的量子計算，量子計算原理。