[理学]量子计算研究进展.ppt

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1、2021/7/191量子计算研究进展中国科学技术大学近代物理系2021/7/193内容提纲量子计算发展简介磁共振量子计算研究进展未来研究方向2021/7/194一、量子计算发展简介2021/7/195计算机硬件历史计算机硬件是信息处理的平台。数值计算单元:机械齿轮/电子机械传动装置电子管(1911-1946)晶体管(1947-1958)集成电路(1959-1970)大规模集成电路(1971-)2021/7/196计算机历史2021/7/1971642,Pascal帕斯卡机械计算机，首次确立了计算机器的概念。概念1834,Babbage

2、差分机提出了分析机的概念机械装置2021/7/198世界上第一台电子计算机--1946ENIACMauchiyandEckert2021/7/199ENIAC2021/7/19101952,EDVACVonNeumannElectronicDiscreteVariableAutomaticComputerContaining2300vacuumtubes,but10timesfasterthanENIAC(18000)2021/7/1911微处理器1971Intel400410um,2300晶体管0.74MHz1978Intel808

3、63um,29000晶体管4.77MHz2008,Corei745nm,5.82billion晶体管2.66-3.2GHz2021/7/19122021/7/1913摩尔定理2021/7/19142021/7/1915GettingSmallerSizeofAtom2021/7/19162021/7/19172021/7/1918当今微电子技术不久将面临物理极限！高速发展vs.物理极限！热耗散&量子效应科学技术发展趋势、国家重大战略需求开辟全新的信息处理方式，发展以量子比特为基础的量子信息处理技术。2021/7/1919量子计算机的发

4、展史Inthe1970’sFredkin,Toffoli,Bennettandothersbegantolookintothepossibilityofreversiblecomputationtoavoidpowerloss.Sincequantummechanicsisreversible,apossiblelinkbetweencomputingandquantumdeviceswassuggestedSomeearlyworkonquantumcomputationoccurredinthe80’s1982Benioff:Qu

5、antumcomputersareuniversal.1982Feynman:Quantumcomputercouldsimulateotherquantumsystems.1993Bernstein,VaziraniandYao:Quantumsystemsaremorepowerfulthanclassicalcomputers.2021/7/1920量子计算机的发展史Quantumalgorithms1985Deutsh:thefirstquantumalgorithm1994Coppersmith,Shor:quantumfo

6、uriertransform,factorization1997Grover:aunsortedquantumsearchalgorithmImplementations1995Monroe,Meekhof,King,Itano,Wineland:CNOTgateimplementediniontrapbyNIST1997Gershenfeld,Chuang,Cory,Fahmy,Havel:NMRquantumcomputing2001Vandersypenetal.:ExperimentalrealizationofShor’sa

7、lgorithm2006:Negrevergneetal.Benchmarkingquantumcontrolona12-qubitsystem…….2021/7/1921量子比特sNaturalqubits:Spin1/22021/7/1922量子态叠加原理2021/7/1923可逆逻辑们可逆逻辑们–克服热耗散问题封闭的量子系统按照哈密顿量做幺正演化，本身就是可逆操作。ClassicalGateInOutGateInOutQuantum2021/7/1924Classicalvs.QuantumClassicalbitstransi

8、stors0or1Quantumbitsquantumsystems0or1orin-betweenNAND,NOT,AND…NAND,NOT,CNOT…Sqrt(NOT)…Thesequantumgatesallowo