《大话量子计算机》PPT课件

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1、大话量子计算机制作人：巫扬坚0310342邢俊波0310344杨智03103461什么是量子计算机？在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，而且也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit能作为单个的0或1存在，也可以同时既

2、作为0也作为1，而且用数字系数代表了每种状态的可能性。这种现象看起来和人的直觉不符，因为在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子力学的规律，量子规律只统治原子级的世界。2量子计算机理解在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，

3、而且也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit能作为单个的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而且用数字系数代表了每种状态的可能性。这种现象看起来和人的直觉不符，因为在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子力学的规律，量子规律只统治原子级的世界。3量子计算机发展源头基于量子动力学的计算设备的设想首先在19世纪70年代和19世纪80年代，由物理学家和计算机科学家，例如IBMThomasJWatson研究中心的CharlesH.Bennett，伊利诺伊州Argonn

4、e国家实验室的PaulA.Benioff，牛津大学的DavidDeutsch和加利福尼亚理工学院（Caltech）的RichardP.Feynman提出。Feynman在1982年制造了一个抽象的模型，该模型示范了如何利用量子系统做运算。他也解释了这样一个机器如何用作量子物理学的模拟器进行运算。以后，在1985年，Deutsch意识到Feynman的主张最终能导致用于一般目的的量子计算机的诞生，他发表了一篇具有决定作用的论文声明任何物理过程，在一般原则下，都能被量子计算机模拟。直到Shor在1994年传播他

5、的一篇预印刷的论文为止，在该论文中他陈述了一个使用量子计算机解决一个重要的数字理论问题的方法，该方法命名为因数分解，所有已发现的量子计算机的应用只是用于一些人为的数学问题。他表明一个特别为量子计算机设计的整体数学运算可以使得这个这个机器以极快的速度把巨大的数字分解因式，这个速度比传统计算机的速度快得多。随着这个突破，对量子计算机的兴趣不再只局限于学术界，而是引起了全世界各领域人士的广泛关注。4量子规律只统治原子级的世界从某光源发射的光子沿某条路径射向一个一面涂有银的镜子。该镜子使光束分离，其中的一半垂直射向

6、接收器A，另一半则射向接收器B。但是，一个光子作为光的最小单位并不能被分离，所以光子被接收器A或B检测到的机率相等。如果凭直觉我们可能认为光子离开镜子的方向是随机的，或者沿垂直方向，或者沿平行方向。但是，量子动力学告诉我们，光子实际上是沿平行和垂直两个方向同时传播的。图a5单粒子干涉在一个类似图a的试验中，光子被射向半面镀银的镜子，通过接收器显示出的信号（如果一个接收器有信号，那么其它就没有信号）证实了光子是不可分的。根据这个现象，人们可能认为光子的传播路径或者是垂直，或者是平行，并且随机的在两种路径之中选

7、择一个。但是，量子动力学认为光子的传播实际上是同时沿两个方向进行的，而不是像试验a中所示选择其中一种。这种现象，被叫做单粒子干涉。6量子计算机的威力和巨大潜力（1）利用量子重叠解决问题要快的多，例如，一个500qubit的系统，这是传统计算机无法模拟的，这个系统代表了2500个量子重叠态。每一个状态都可以等同于传统计算机中的500个0和500个1。该系统的任何量子操纵——一个特殊的无线电脉冲，这种操做可以在第100和101个qubit位执行一个可控的＂非＂操作，同时也控制了所有的2500个状态。因此一个信号

8、，一次计算机时钟的滴答的时间之内，一个量子操做不仅能在一个机器状态进行计算，而是象很多计算机进行一样，在2500个机器状态进行计算。但是，如量子动力学中的测量原理所述，最终对这个系统的观测则导致相应于一个响应只产生一个量子态，即只相当于500个0和1。这个有趣的结果是由于通过重叠产生的大量量子平行产生的响应，而这相当于利用具有10150个独立处理器的传统超级计算机所进行的运算结果（而这是根本不可能实现的）。7量子