量子计算论文

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1、量子计算在大三的第二学期我们学习了量了计算这门课程，初步了解了量了计算的一些方面，在下面的论文里将会简要的介绍量了计算的含义及其相关的知识。%1.量子计算的含义量了计算是一种依照量了力学理论进行的新型计算,量了计算的基础和原理以及重要量了算法为在计算速度上超越图灵机模型提供了可能。量了计算(quantumcomputation)的概念最早由IBM的科学家R.Landauer及C・Bennett于70年代提出。他们主要探讨的是计算过程屮诸如自市能(freeenergy)、信息(informations)与对逆性(reversibility)之间的关系。80年代初期，阿岗国家实验室的P.Ben

2、ioff首先提岀二能阶的量子系统可以用来仿真数字计算；稍后费因曼也对这个问题产牛兴趣而着手研究，并在1981年于麻省理工学院举行的FirstConferenceonPhysicsofComputmtion中给了一场演讲，勾勒出以量了现象实现计算的愿景。1985年，牛津大学的D.Deutsch提出量了图林机(quantumTuringmachine)的概念，量了计算才开始具备了数学的棊本型式。然而上述的量了计算研究多半局限于探讨计算的物理木质，还停留在相当抽象的层次，尚未进一步跨入发展算法的阶段。1994年，贝尔实验室的应用数学家P・Shor指出，相对于传统电了计算器，利用量了计算可以在更短

3、的时间内将一个很大的整数分解成质因了的乘积。这个结论开启量了计算的一个新阶段：冇别于传统计算法则的量了算法(quantumalgorithm)确实有其实卅性，绝非科学家口袋屮的戏法。自此之后，新的量子算法陆续的被提出来，而物理学家接卜•来所面临的重要的课题之一，就是如何去建造一部真正的量子计算器，來执行这些量子算法。许多量子系统都曾被点名做为量子计算器的基础架构，例如光子的偏振(photonpolarization)、空腔量子电动力学(cavityquantumelectrodynamics,CQED)、离子阱(iontrap)以及核磁共振(nuclearmagneticresonance

4、,NMR)等等。量了计算将有可能使计算机的计算能力大大超过今天的计算机，但仍然存在很多障碍。大规模量了计算所存在的一个问题是，提高所需量了装置的准确性冇因难。%1.量子计算的发展史1•梦想与惊喜始口第一个电子计算机开始运转，构想能够超越传统所谓TuringMachines的计算模型,便是许多科学家努力的梦想.美国阿冈国家实验室的PaulBenioff是笫一位提出概念，认为利用量子物理的二态系统模拟数位0与1,可以设计出更有效能的计算工具•此概念稍后乂经Feynman的引申，使得冇更多的物理学家注意到虽了力学与计算科学Z间可能的关联.直到1985年，在英国牛津的物理学家DaviclDeuts

5、ch发表的一篇论文里，所谓QuantumChurch-TuringMachines才正式开始略具数学雏型，但此论文屮所提示的量子计算范例则过於简易.目前在美国，欧洲，F1本以及中国大陆，已经有许多专为此新领域而成立的研究团队或研究机构。2.平行与纠缠虽了计算机的实现,不是为了取代传统的计算机，实际上也无法取代.一个冇效的虽了计算方法，其成功在於巧妙的结合本身特徵优势，以及可在传统计算机快速执行的古典技巧，然后在特定极困难问题上超越已知的传统方法.这里所指的特徵优势主要有二一即所谓的量子平行(QuantumParallelism)量子纏结(QuantumEntanglement).量子平彳亍

6、简而言Z,就是只需n个运算(酉变换，或译么正变换,UnitaryTransforms),就可以准备出2n个可能状态,虽然这2n个状态是以线性组合的方式结为一个状态;所以自然也可以再一起通过另外一个变换，就相当於同时对此2n个状态做了该变换.而为准备此2n个状态，也只需要n个量了位元(Qubits,由二态量子系统來实现)即可.量子缠结由飾丁格首先以徳文Verschrnkung指出,原意为两手臂的交缠•而量子缠结的物理涵义是指两个或更多的量子系统间存在特定的所谓非局域性关联，因而使得某些物理屋无法由单一或少数的系统独立决定.此缠结特徵儿乎在所有的量子运算中自然产纶，也可能是计算所以加速的原因之

7、一;但因为是自然产纶,故往往不在计算过程中特别强调,待稍后其他范例再来说明屋了缠结极其特殊的作用.3.分离与追寻假使量子电脑可在未来十年内实现，运用Shor方法因数分解一个一仟位元的整数，不超过五分钟即可获得答案.但预估此时传统电脑的计算能力，操作已知最快的古典方法分解同样位元的整数，却可能需要10万年!两者速度差界之铝，山此可见.在实验方血IBMAlmaden研究中心的华裔科学家IsaacL.Chuang已於2001年