月度归档:2011年08月

百科名片:量子计算机

量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

 

量子计算机,早先由理查德·费曼提出,一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时,因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大,一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观,甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到,如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。

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量子计算机,或推而广之——量子资讯科学,在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔(Peter Shor)提出量子质因子分解算法后,因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后,量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外,也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。  半导体靠控制集成电路来记录和运算信息,量子电脑则希望控制原子或小分子的状态,记录和运算信息。  图2:布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法,是建立量子计算机的基础。  20世纪60年代至70年代,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,从而限制了计算机的运行速度。研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么,是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢?问题的答案是:所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机,而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作,那么在量子力学中,它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机,实际上是用量子力学语言描述的经典计算机,并没有用到量子力学的本质特性,如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列。与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行测量得出计算结果。因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的。  1994年,贝尔实验室的专家彼得·秀尔(Peter Shor)证明量子计算机能完成对数运算,而且速度远胜传统计算机。这是因为量子不像半导体只能记录0与1,可以同时表示多种状态。如果把半导体计算机比成单一乐器,量子计算机就像交响乐团,一次运算可以处理多种不同状况,因此,一个40位元的量子计算机,就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。

有趣的量子理论

量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”,但它的推论显得很“玄”。我们假设一个“量子”距离也就是最小距离的两个端点A和B。按照量子论,物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说,物体在A点突然消失,与此同时在B点出现。除了神话,你无法在现实的宏观世界找到一个这样的例子。量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打个了七零八落。  薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验。实验内容是:这只猫十分可怜,它被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。这个残忍的装置由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔所设计,所以此猫便叫做薛定谔猫。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于非死非活的叠加态,这与我们的日常经验严重相违。

编辑本段概念

量子计算机,顾名思义,就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算,首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器,其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。

经典计算机的特点

1.其输入态和输出态都是经典信号,用量子力学的语言来描述,也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110,用量子记号,即|0110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态:C1|0110110 >+ C2|1001001>。  2.经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态,而一般的量子变换没有这个性质,因此,经典计算机中的变换(或计算)只对

量子计算机

应一类特殊集。

量子计算机的特点

相应于经典计算机的以上两个限制,量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述,如二能级系统(称为量子比特(qubits)),量子计算机的变换(即量子计算)包括所有可能的玄正变换。  1.量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态,其相互之间通常不正交;  2量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后,量子计算机对输出态进行一定的测量,给出计算结果。  由此可见,量子计算对经典计算作了极大的扩充,经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算,所有这些经典计算同时完成,并按一定的概率振幅叠加起来,给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。  无论是量子并行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是,在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中,量子比特不是一个孤立的系统,它会与外部环境发生相互作用,导致量子相干性的衰减,即消相干(也称“退相干”)。因此,要使量子计算成为现

承载16个量子位的硅芯片

实,一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比,是目前研究的最多的一类编码,其优点为适用范围广,缺点是效率不高。  迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是,世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算,方案并不少,问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景,只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场,最后脱颖而出的是一种全新的设计,而这种新设计又是以某种新材料为基础,就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新,这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算

量子计算机原理

机无法解决的问题。

量子计算机能做什么

量子计算机可以进行大数的因式分解,和Grover搜索破译密码,但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现,只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递,任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息,正所谓解铃还需系铃人,这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟,人们一旦有了量子模拟计算机,就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算,便可精确地研究量子体系的特征。  量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的,量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序,其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂,再进行高速的量子修补,但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的,因此造价相当惊人。目前唯一一台量子计算机仍在微软的硅谷老家中,尚在试验阶段,离投入使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的,因为这好比拿激光

硅芯片上16个量子位的光学照片

切割机去切纸,其主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。在运行这一系列高难度运算的背后,是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。  假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量,但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽,这是最保守的估计;如果一台量子计算机一天工作4小时左右,那么它的寿命将只有可怜的2年,如果工作6小时以上,恐怕连1年都不行,这也是最保守的估计;假定量子计算机每小时有70摄氏度,那么2小时内机箱将达到200度,6小时恐怕散热装置都要被融化了,这还是最保守的估计!  由此看来,高能短命的量子计算机恐怕离我们的生活还将有一段漫长的距离,就让我们迎着未来的曙光拭目以待吧!

量子计算机的工作原理

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子位(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子,它像陀螺一样旋转,于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉我们:原子的旋转可能向上也可能向下,但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中,原子被描述为两种状态的总和,一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中,每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。  现在,想象一串原子排列在一个磁场中,以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方,激光束会跃下这组原子,迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异,我们已经完成了一次复杂的量子“计算”,涉及了许多自旋的快速移动。

目前发展的系统

包括如下物理系统:  液态核磁共振量子计算机(liquid-state NMR quantum computer)  (固态)硅晶体核磁共振量子计算机(silicon-based NMR quantum computer)  离子陷阱(ion trap)  量子光学(quantum optics)  腔室量子电动力学(cavity QED)  超导体方案  等等方法,各自有各自的瓶颈。

编辑本段名称的不同

关于在中国台湾的名称

在中国台湾,由于人们习惯上将电子计算机称为“电脑”,所以许多人往往沿用其名称而将量子计算机称为“量子电脑”。因而,在台湾两种名称皆可见到,不过后者使用得更多。  事实上在台湾,“计算机”指的是Calculator,就是一般店员在卖东西时,计算简单加减乘除用的那种巴掌大的计算工具。台湾人由于电子工业发展得早,1970年代就大量使用“计算机”这种方便的工具来做商业计算,对应到Computer时,当然不能用“计算机”来称呼这种能够复杂计算的新产品了,于是台湾人说的“电脑”,指的是像Intel/AMD的x86类CPU或Macintosh的PowerPC/Intel MAC这种有着复杂计算的机器。  香港与台湾一样也称Computer为“电脑”。

关于在中国大陆的名称

在中国大陆地区,Computer可以称为“计算机”或者“电脑 ”。其中“电脑 ”更为广泛的指家用电脑,而“计算机”更多的指具有科研等目的专业、非多媒体计算机。由于量子技术还处于起步阶段,只能在实验室见到,故多称“量子计算机”而非“量子电脑 ”。  Calculator被称为“计算器”,而非“计算机”。在中文中,“器”多指具有简单结构、功能的对象;而“机”多指具有复杂结构、功能的对象。因此,“计算器”和“计算机”能很直接的区别calculator和computer。

编辑本段展望

未来

现在用原子实现的量子计算机只有5个q-bit,放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备,只能做1+1=2的简单运算,正如Bennett教授所说,“现在的量子计算机只是一个玩具,真正做到有实用价值的也许是5年,10年,甚至是50年以后”,我国量子信息专家中国科技大学的郭光灿教授则宣称,他领导的实验室将在5年之内研制出实用化的量子密码,来服务于社会!科学技术的发展过程充满了偶然和未知,就算是物理学泰斗爱因斯坦也决不会想到,为了批判量子力学而用他的聪明大脑假想出来的EPR态,在六十多年后不仅被证明是存在的,而且还被用来做量子计算机。

量子计算机的广阔前景

社会生产力的发展是科学发展的基石和原动力,从物理学的诞生到技术文明高度发达的今天都是如此。  近年来由于社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求,促进了量子信息、量子计算理论与实验的迅速发展。  目前,美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、IBM、和斯坦福大学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现7个量子比特量子算法演示。  2007年2月,加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机(尚未经科学检验),如果他们是诚信的,这个工作的意义就非常重大,或许,可实际应用的量子计算机会在几年内出现,量子计算机的时代真的要开始了!  2010年3月31日,德国于利希研究中心发表公报:德国超级计算机成功模拟42位量子计算机,该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机,在此基础上研究人员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。

编辑本段研发现状

世界首台量子计算机在美国问世

1920年,奥地利人埃尔温。薛定谔、爱因斯坦、德国人海森伯格和狄拉克,共同创建了一个前所未有的新学科——量子力学。量子力学的诞生为人类未来的第四次工业革命打下了基础。在它的基础上人们发现了一个新的技术,就是量子计算机。  量子计算机的技术概念最早由理查得·费曼提出,后经过很多年的研究这一技术已初步见成效。  2009年11月15日,世界首台量子计算机正式在美国诞生,  这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制,可处理两个量子比特的数据。较之传统计算机中的“0”和“1”比特,量子比特能存储更多的信息,因而量子计算机的性能将大大超越传统计算机。  研究人员‘大卫·汉尼克’表示,通用编程量子计算机采用了量子逻辑门技术来处理数据。制造量子逻辑门需设计一系列激光脉冲,以操纵铍离子进行数据处理,再由另一个激光脉冲读取计算结果。一个简单的单量子比特门,可从0转换成1,也可从1转换成0。但与传统计算机的物理逻辑门不同的是,这台设备的量子逻辑门均已编码成激光脉冲。当激光脉冲量子门对量子比特实行简单逻辑操作时,铍离子便会开始旋转,实现对量子比特的存储。  这台量子计算机的核心部件是具金色图样的铝晶片,内含直径约为200微米的电磁圈。科学家将两个镁离子和两个铍离子置于电磁圈中,镁离子可起到“稳定剂”的作用,消除离子链的不必要振动,保持计算机的稳定性。  由于两个量子比特的操作具有多种可能,研究小组随机选取了160种操作方式进行了演示,以验证处理器的通用性。每次操作都用31个不同的量子门击打量子比特,将其编码成激光脉冲。这其中大部分为单量子比特门,脉冲只需要与单一离子进行相互作用。少数的双量子比特门则需要与两个离子同时发生交互作用。而通过对电磁圈旁黄金电极上的电荷进行控制,研究人员能有效增加所需的离子数量。  不过,这一量子计算机仍存在着相当的问题。例如,尽管每个量子门的准确率都在90%以上,而当综合使用时计算机的整体准确率却下降到 79%。这主要是由于激光脉冲的强度不同所造成的,汉内克解释说:“脉冲的波动性可造成这种误差,而光线的散射和反射等,也可能是原因。”  研究小组表示,通过提升激光的稳定性和减少光学设备的误差,可有效提高芯片的运行准确率。在准确率提升至99.99%时,该芯片才能作为量子处理器的主要部件,最终实现通用编程量子计算机的实际应用。

最新研究结果

据美国物理学家组织网5月3日(北京时间)报道,德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家格哈德·瑞普领导的科研小组,首次成功地实现了用单原子存储量子信息——将单个光子的量子状态写入一个铷原子中,经过180微秒后将其读出。最新突破有望助力科学家设计出功能强大的量子计算机,并让其远距离联网构建“量子网络”。  量子计算机因其能同时处理用单个原子和光子等微观物理系统的量子状态存储的很多信息,计算速度更快。但量子计算机进行操作时,其内部不同组件之间必须能进行信息交换。因此,科学家希望量子信息能在光子和物质粒子之间交换。  此前,科学家实现了光子和数千个原子集合之间的信息交换,现在首次证明,采用一种可控的方式,量子信息也能在单个原子和光子之间交换。实现光子和单个原子之间信息交换的最大障碍是,光子和原子之间的相互作用太微弱。在最新研究中,科学家将一个铷原子放在一个光学共振器的两面镜子间,接着使用非常微弱的激光脉冲让单光子进入该共振器中。共振器的镜子将光子前后反射了多次,大大增强了光子和原子之间的相互作用。  研究人员还通过添加一束激光——控制激光(在铷原子同光子相互作用时,直接射向铷原子),让铷原子吸收一个光子,从而让铷原子进入一种稳定的量子状态。且原子自旋会产生磁矩,该磁矩的方向将决定用来存储信息的稳定的量子状态。  这个状态可被相反的过程读出:他们再次使用控制激光照射铷原子,使其重新释放出刚开始入射的光子。结果发现,在大多数情况下,读出的量子信息同最初存储的信息一致,也就是所谓的保真度超过90%。而传统不基于量子效应获取的保真度仅为67%。且量子信息在铷原子内的存储时间约为180微秒,这能与以前基于多个原子方法获得的量子存储时间相媲美。  但是量子计算机或量子网络所要求的存储时间要比这更长。另外,受到照射的光子中有多少被存储接着被读出——所谓的效率,现在还不到10%。科学家正着力进行研究以改进存储时间和效率。  研究人员霍尔格·斯派克特表示,使用单个原子作为存储单元有几大优势:首先单个原子很小。其次,存储在原子上的信息能被直接操作,这一点对于量子计算机内逻辑操作的执行来说非常重要。另外,它还可以核查出光子中的量子信息是否在不破坏量子状态的情况下被成功写入原子中,一旦发现存储出错,就会重复该过程,直到将量子信息写入原子中。  另一名科学家斯蒂芬·里特表示,单原子量子存储的前景不可估量。光和单个原子之间的相互作用让量子计算机内的更多原子能相互联网,这会大大增强量子计算机的功能。而且,光子之间的信息交换会使原子在长距离内实现量子纠缠。因此,科学家们正在研发的最新技术有望成为未来“量子网络”的必备零件。

国内量子计算机发展现状

2007年初,中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在《Nature·Physical》上发表论文,宣布成功制备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机,刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录,成果被欧洲物理学会和《Nature》杂志等广泛报道。四月,该小组提出并实验实现不需要纠缠辅助的新型光学控制非门,减少了量子网络电路的资源消耗。九月,该小组利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程,实现了量子搜索算法,论文发表在《Physical Review Letters》上。  此后,该小组又在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法,研究成果发表在国际最权威物理学期刊《Physical Review Letters》上,标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。 这一系列高质量的工作已经获得了国际学术界的广泛关注和认可。  特别引人注目的是,英国《新科学家》杂志在“中国崛起”的专栏中,把中科大在量子计算领域取得的一系列成就作为中国科技崛起的重要代表性成果,进行了专门介绍。

编辑本段第一台商业化量子计算机

在2007年,加拿大计算机公司D-Wave展示了全球首台量子计算机“Orion(猎户座)”。虽然当时只是一台能通过量子力学解决部分问题的原型机,不过也让我们看见了量子计算机的曙光。

样图(1张)

近日,D-Wave自豪地宣布,全球首台真正的商用量子计算机D-Wave One终于诞生了!其采用了128-qubit(量子比特)的量子处理器,性能是原型机的四倍,理论运算速度远远超越现有所有的超级计算机。当然,由于其架构特别的关系,目前只能用于处理部分特定的任务,例如高智能AI运算等,通用性还有尚不及现有的传统电脑。同时,D-Wave One在散热方面亦有非常苛刻的要求,自启动起其必须全程采用液氦散热,以保证其在运行过程中足够“冷静”。  当然了,这样的产品自然不是一般老百姓可以消费的。据称,一台D-Wave One的售价高达1000万美元,而且这个价格还未确定是否包括其中的液氦散热系统。不过作为新技术的开端,这个价格也是必然的。我们相信,随着科技的发展,量子计算机“走入寻常百姓家”将不再是梦想。

 

来自百度百科:http://baike.baidu.com/view/18645.htm

量子计算机的可能操作感兴趣

我经历了一段的量子计算机的工作方式以及他们可能是什么好如果他们成为实际感兴趣。我知道他们要谈论的代码中断。我感兴趣使用它们基本上是尝试所有可能投入 (并行) 和看是否到达任何错误状态验证软件。

我知道它有点 blue-sky 提问的但我不知道是否其他感兴趣量子计算机、 如何他们和他们会有用的。

添加: 只是为了好玩,让我抛出一个 mini-tutorial:

假设你有 N 位内存来玩。假设您可以加载这些位 (或一些) 与您输入的数据。然后假设那里一系列有限 (不使用任何额外的内存) 可以对他们的操作在他们离开答案。

为此请与量子计算机才需要您确保整个计算是可逆、 保留某些记录的分支机构的数据位你了,所以你可以撤消他们。如果你那样做然后所有操作可以都编写为简单的单一矩阵转换对 N 位。(单一的变换是一个纯 N 维坐标系统中的旋转。因此执行计算包括一连串的纯旋转位向量中的应用。

如果你这样,然后在量子计算机 N 位向量是否可以初始化进入一种状态,所有 2 ^ N (或更少) 可能的输入在”并行遨游”叠加在同一时间。然后否则计算它做他们都在同一时间。

现在你要做,请参阅输入之一给你一个特定的答案都是让它运行到特定的状态。如果停止它,检查状态做什么是随机选择,遨游之一,扔掉所有其余的人。格罗弗算法允许您执行是不停止它,突显出答案状态与银河系的可能性。然后您运行它向前,然后向后,然后向前,等多次迭代答案直到宇宙的概率很高。然后如果你检查可以见到您想要的答案的概率高。

制片…

 

 

在我在大学的符号的智能模块的过程中,我被要求就某些问题,我正在电脑应用的学科类演示小。我在此演示文稿的主题是量子计算在电脑中。

如果我写在这里是出-of-date/错误/穷人的信息不会太生气。我只是第二年政务司司长学生烂大学,依靠他的大多数的这些详细信息的内存。

量子计算的权力似乎是其工作的东西快得令人难以置信 (由于其认为国家如果我没记错的话) 的能力。这显然完全将更改安全,如白色和黑色帽子黑客会跳上发展和压力测试安全系统的各种方法的机会。如果你有兴趣在物理中这是你的主题 !如果您想了解有关如何可以在安全将量子计算机使用通过使用算法来 factorise 大型数字 阅读本文的彼得 · 绍尔。

其权力来自在量子比特和一种技术称为 量子干涉。我可以花上一整天都谈论它,但它会更好,您可以阅读有关的信息,请参阅量子计算的工作方式的双缝实验。

虽然量子计算机有其自身的逻辑大门的传统计算机妥协。由于许多的这些计算机都建 (硬连线) 来解决特定的问题,有很多不同 QLG (量子逻辑门) 提出的各种不同的问题。量子网络功能,形成一种称为门阵列方法中使用这些门。如果您需要更多的信息,对此,然后 Ekert 文件是路来走。

请注意 传统 的方式来表示,super-positions 是作为单位逆变载体 (量子比特每一个) 在一个 2 ^ n 维希尔伯特空间 (其中 n 是量子比特数)。门被定义为旋转这些 银河系 和不可避免地改变了量子比特。哈达门 这一门。

量子电脑有一个美好的未来而不是很长时间。很多学者认为量子计算是遥远的将来的计算,类似于查理斯是如何看待他的机器。

如果这个答案失控有点,遗憾。

 

 

 

基于微波技术的廉价量子计算机

美国国家标准与技术研究所(NIST)最近发表了用微波技术形成量子纠缠(quantum entanglement)的研究成果;由于目前量子计算机都需要用到昂贵的激光,以上成果可望催生廉价版本的量子计算机

 

NIST指出,量子纠缠是让未来的量子计算机传递资讯以及执行错误校正的主要方法,而微波技术──传递由手机收发信号的技术──则是成熟的半导体技术。该机构期望能以半导体专长,利用现有微波技术打造廉价的量子计算机。过去微波已经被披露具备单独囚禁(trapped)离子的效应,但NIST表示该机构是首个实际以微波产生量子纠缠的实验单位。

 

NIST的实验是将微波离子阱(microwave ion trap)以30微米的距离间隔,来展示纠缠。虽然在装置使用前,仍需应用激光来使其冷却,但用类似激光笔(laser pointer)的零件即可。通常,量子纠缠需要用到较大型、较昂贵的激光。

 

“总有一天量子计算机看来会像是智能手机结合类似激光笔装置的组合,”NIST物理学家Leibfried表示,“再怎么复杂精密的机器,其演进过程可能就类似一般台式电脑。”

 

 

美研发基于微波技术的廉价量子计算机(电子工程专辑)
在氮化铝衬底上的金离子阱以微波与两个离子纠缠。微波是由图片右下方的3个厚电极所馈入

 

在NIST的实验中,是用微波来对镁离子自旋进行旋转(rotate)与纠缠,这两种运作方式在未来的量子计算机中会被简化为执行逻辑运作。那些离子则是由氮化铝衬底上的金电极所产生的电磁磁场所禁锢。

 

而微波则是以与类似手机的2GHz频段来施加,期间可控制约76%的离子自旋态旋转与纠缠。NIST正试图将成功率提升到99.3%以上,也就是目前激光可达到的最佳表现。

 

 

点击参考原文:Microwave-based quantum computers touted

 

量子计算机研究(下册)-纠错和容错计算

量子计算机研究(下册)-纠错和容错计算

  • ISBN:9787030319456
  • 定价:60.00元
  • 作者:李承祖、陈平形等著
  • 插图作者:暂无
  • 译者:暂无
  • 出版社:科学出版社
  • 图书策划公司:暂无
    • 出版时间:2011年08月
    • 版次:1-1
    • 开本:16开
    • 装帧:暂无
    • 字数:400千字
    • 页数:320页
  • 供货商:科学出版社
  • 开卷分类:计算机

 

 

从20世纪90年代中期开始,量子计算机研究受到广泛的关注。人们进行了大量的理论和实验研究,取得了一些重要进展。本书就是追踪该领域的最新进展,在上册中系统的介绍量子计算机物理原理以及目前正在研究的、量子计算机物理实现主要途径;在下册中介绍量子纠错码的理论、方法、免消相干子空间的概念、针对特定系统-环境相互作用,寻找免消相干的系统方法,容错计算和容错计算的物理实现等。

读者群体:计算机、物理相关专业和研究方向博士、硕士研究生,有关教师和科研人员
建议上架类别:计算机

 

纠缠的世界:量子信息与量子计算机的魅力

目录

1 观察量子世界I:基本现象与概念

1.1 引言

1.2 单缝衍射

1.3 原子光学

1.4 量子领域

1.5 量子测量

1.6 一种关于量子领域的理论

1.7 量子芝诺效应:如何停止动力学演化

1.8 光子:光的量子客体

1.9 黑暗中可能看见吗?自由交互量子测量

1.10 什么是真实的?量子论的交互作用

参考文献

2 观察量子世界II:纠缠作用及其意义

2.1 引言

2.2 复合系统与量子纠缠态

2.3 哪条路径信息:纠缠破坏干涉能力

2.4 隐变量:它正好是经典物理吗?

2.5 贝尔不等式:经典物理的极限

2.6 窃听者被查觉:量子密码

2.7 绵羊可克隆,光子不能

2.8 部分与整体

参考文献

3 波尔爱因斯坦争论与量子力学的基本问题

3.1 爱因斯坦反驳量子力学不是一种完善描述(1927

3.2 爱因斯坦试图避免不确定性关系与波尔的辩论(1927–1930

3.3 EPR佯谬作为量子力学不完备性的直接证据

3.4 非定域性,纠缠作用与背景独立性

参考文献

4 量子世界之旅

4.1 量子世界中的第一步

4.2 关于量子论的历史

4.3 冷冻技术与原子激光

4.4 相干与纠缠

4.5 量子世界中的新贵:量子计算机

4.6 关于量子硬件的方法

4.7 基础问题与展望

5 纠缠的量子系统:从波粒二象性到单光子光源

5.1 波粒二象性

5.2 量子界面

5.3 单光子光源

章末备注

参考文献

6 量子信息

6.1 通向量子信息科学之路

6.2 量子信息科学基础

6.3 实验实现与进展

6.4 总结

参考文献

7 量子计算机新一代超级计算机?

7.1 引言

7.2 量子信息

7.3 叠加与纠缠

7.4 量子计算机与复杂性

7.5 肖尔算法

7.6 还原为寻找周期的问题

7.7 实现与展望

7.8 文献

参考文献

8 去相干性与量子物理向经典物理的转变

8.1 经典物理与量子物理

8.2 关于经典极限的神话故事

8.4 例子

8.5 什么都源于此?

参考文献

9 量子信息过程:梦与实现

9.1 算—一种物理过程

9.2 量子计算机如何工作?

9.3 何种技术适合于量子处理器?

9.4 具有离子阱的量子计算机

9.5 单离子的量子信息处理

9.6 希拉克左乐尔受控非门操作CZ受控非门操作)

9.7 纠缠离子的贝尔态

9.8 调试量子处理器

9.9 3量子位进行处理:GHZ态W

9.10 传送量子信息隐态传输

9.11 面向更大的机器缩放离子阱量子计算机

9.12 未来

参考文献

10 量子论:对哲学的挑战!

10.1 对自然哲学家的挑战

10.2 认识论透视

10.3 哲学的机遇

10.4 科学实在论与日常实在论

参考文献

索引

 

量子论首先公开发表了一种基本思想,直到今天仍极其著名。在 1900年12月14日柏林,马克斯*普朗克在一篇关于黑体辐射的论文中,将一个神秘的概念“能量元”或“能量量子”引入物理学中。在这篇论文中,他假设能量E与光的频率ν成正比,这由一个新的普适常数联系起来,所谓的“普朗克常数”(Planck’s constant;在德语中叫“Wirkungsquantum”,意思是“作用量子”(action quantum))。这意味着h

 

然后阿尔伯特*爱因斯坦在1905年的狭义相对论中创立了质能方程:

 

这两者被视为二十世纪物理学的标志,二者之间的联系已建立。之后,E = mc2作为一种符号被作成广告和彩色明信片,而普朗克方程从没有如此流行。这本来是令人惊讶的,因为量子论可能比狭义相对论,对我们关于物理实在的本质的观念提出了一种更深远的挑战。实际上,量子物理观念和概念,就在该过程中发展起来的,与日常物理少有相似性,非经典的滑雪者图说明了这两个方程的流行程度差异的原因。

 

哪条路?非经典滑雪者。

(绘画者:A.-M.Herckes)

 

无疑地普遍认为是在1900年是量子论诞生之年,但是在1925至1927年间,W.海森堡、E.薛定谔、P. A. M.狄拉克、W.泡利和J.纽曼成功地明确叙述,并以一种有说服力的方式解释了该理论。

在四分之三个世纪之后今天,量子物理学自身通过技术,已立足于我们的日常生活中,但不当作日常物理接受。其原因在于,我们很少意识到我们包围在量子物理应用技术中多大的范围内,因为事实上我们锁闭了“黑箱”中的量子物理,无需知道内部如何运行,我们就可操作和处理。我们能计数灯座中的荧光管,并按下光按钮,让电流从原子能发电站流出。荧光管内或原子能发电站内将发生什么了?我们(在绝大多数情况下)不知道。由于我们的作用,我们停留于日常的经典物理的范围内。这里,我们非常熟悉现象,我们认为我们理解它。量子物理—现代技术的基础,从激光到微晶片—但它大部分仍保持一种未知状态,奇异现象和显然佯谬的事件,不时得到报道。而对量子世界的有趣现象和惊奇的理论观念,不难获得一些洞察。本书目标在于对此给出某些启发。

但是,量子物理发源于好久以前,仍未得到详细地调查、探讨和全面阐释?该问题留给我们一个著名的物理史轶闻。当年轻的马克斯*普朗克问来自慕尼黑的物理学家冯*约利(von Jolly)“研究物理是否有意义”时,他再次告诫:物理学中的基本问题已被探究了,至多修补四处的缝隙。我们已知道马克斯*普朗克并未搭理这种劝告。同样,在量子物理视野中,那种长期占统治地位的想法—基本原理已完全阐明,物理学研究前缘将长期在别的领域—是错误的。最主要因为可理解如何隔离并控制单个量子客体,如原子、离子、分子甚至光子,关于量子论的古老的想象实验在实验上已变得可行,并已导致全新的洞察。古老的基本问题仍长期保持着—比如关于测量过程物理—终于获得实验研究和技术开发,所产生的深远影响,难以预料。

现在有一个气氛活跃而欢快的大气圈科学系,几乎没一个星期不进行关于量子物理主题的报道,如下科学主题充斥大量日报上:量子计算机,量子信息过程,量子通信,量子密码,量子猫等等。这些“量子文章”在自然哲学论文中采用通俗描述,其中一种论点可叙述为“量子物理向我们指出:不管如何,一切彼此联系,因此…”。所有这些报道一般有一个关键的量子物理概念作为思考中心:纠缠。量子物理已变成一种“纠缠的世界”。本书打算洞察这种世界。其篇幅根据2000至2001年冬季学期在康斯坦茨大学[1]所作的关于“有交互关系的量子系统的物理学与哲学”的演讲。

类似于前面章节[2],作者在本书中报道了已积极参与其中的研究。量子物理计算机领域的最新结果,也向技术应用方式提出挑战,特别是在最近十年。除此之外,影响到关于实在的中心哲学问题。介于某些主题之间的那些专题已被主动接受,为了更好理解,增加了相应的参考文献。

不乏采用明晰的定义和术语,也需把问题和结果适当地公式化,以便理解量子世界。这并不意味着读者在阅读本书之前,就应学习了物理学。令人惊讶地,一个关于量子论基本结构的良好思想,仅需一点预备数学知识就可理解了。当试图理解那些争论前缘,仍需要基本概念,如矢量和标量积;否则,继续思考将纠缠于无谓的矛盾和虚假问题中。量子论的思想和概念对我们是不熟悉的,因为量子论不可描述,而且不能解释为与我们直接相关的日常物理现象,而经典物理可做到。量子论迫使我们放弃通常的思考方式。也因此,它对于我们具有巨大的吸引力。

纠缠的许多特征的主题,现在逐渐进入中学二年级快班课程和大学初级课程中。对此,本书可能是有用的。本书是为研究者、自然科学者、工程师、哲学家而准备的,尤其是为学生和教师以及感兴趣的“外行”。除此之外,通过激发对量子纠缠世界的实在性的反思,有益于在物理学与哲学之间进行学科对话。

 

 

2001年秋于康斯坦茨

尤尔根*奥璀兹

 

利用量子力学的基本原理来描述黑洞出现信息丢失

腾讯科技讯(Everett/编译)据国外媒体报道,近日,位于加拿大多伦多的约克大学天体物理学家塞缪尔布朗斯坦(Samuel Braunstein)教授和玛纳斯帕特雷(Manas Patra)博士在黑洞物理学上提出了一个新的研究视角:他们通过研究后发现,黑洞存在信息丢失的事件,这个新发现为黑洞物理学的研究放开了新的一页。这项研究已经出版在最新一期的《物理评论快报》期刊上,旨在利用量子力学的基本原理来描述黑洞出现信息丢失的行为。

我们传统理论上认为,黑洞具有极为庞大的质量,而且结构紧凑,爱因斯坦将其描述为能在宇宙空间中造成时空“卷曲”的天体,而在这种程度上由于强大引力场导致的时空卷曲很难用三维空间的几何图形进行准确的描述,也超出了一般人的想象范围。如果一个天体距离黑洞太近,进入黑洞的吸积范围,强大的引力使得任何物质包括光在内都不可能逃逸,也正是由于这一点,我们确定一个天体是不是黑洞,可以通过观测其周围的恒星或者可看见的物质是否出现异常行为,比如围绕着一个看不见的东西旋转。

而对黑洞这个新行为的发现,其影响力是将是革命性的,不仅在黑洞物理学上是颗重磅炸弹,同时也说明了万有引力可能未必是自然界的基本力。据塞缪尔布朗斯坦教授介绍:我们所得出的结论并不需要对黑洞所造成的时空扭曲的问题上进行深入的细节探讨,而这个新发现可以认为,在宇宙空间中,时间、空间以及万有引力是一个更深层次理论上的新属性。这就相当于,从牛顿力学的万有引力定律发展到爱因斯坦的相对论中关于引力的解释,现在我们又将对引力的解释进行了进一步的提升,作为一种新兴的引力理论来源,其候选人极有可能是量子信息论。

在此之前,著名的物理学家霍金也曾从量子引力理论出发,提出了黑洞会失去质量,产生黑洞蒸发,这就是霍金辐射理论。而霍金辐射理论,简单地说是根据海森堡的不确定性原理,在真空中存在着正反粒子对,由于正反粒子相互湮灭,所以原有的平衡保持着。而如果正反粒子对正好出现在黑洞边上呢,在黑洞引力的作用下,其中的一个粒子被拆开,落入了黑洞中,另一个粒子却逃逸了,而逃逸的粒子获得的质量就是从黑洞那得来的。因而,黑洞就失去了质量。

但是,针对这个新的研究视角,一些科学家持怀疑的观点,他们认为量子力学理论主要是用于光和微观物质方面的解释,其是否能用于解释黑洞缓慢蒸发的理论而脱离引力理论的影响还不得而知。塞缪尔布朗斯坦教授同时也认为:我们的研究成果实际上也是建立在先进且完善的技术手段上,这些技术手段体现在日益强大的空间观测能力,以及我们对宇宙理论的不断补充改进,同时我们已经具有了较为深入的对黑洞几何形状的推演,这些包括时空结构在内的宇宙理论使得我们有能力进一步扩展对宇宙基本概念的探讨。

目前对黑洞信息丢失行为的理论上研究还在探讨之中,玛纳斯帕特雷博士则认为:我们现在还不能充分地证明黑洞确确实实存在着信息丢失的现象,只是对研究结果最直接的解释应该说是在不断地靠近这个真相。事实上,通过现阶段的研究表明,在未来的黑洞物理学的理论研究中,量子信息理论将起到重要的作用,同时我们还需要结合量子力学和现有的宇宙引力理论。

相关微博:天文学证实:恒星在诞生那刻就注定消亡,所谓“永恒”都是相对。茫茫宇宙,在万有引力和核聚变的抗争下,恒星形成,而这种战斗贯穿于恒星一生。此理论像极了人的一生。与自己的矛盾及抗衡,对外界的求探及妥协。既然生命本无恒久,遭遇苦恼时,我们为何不放自己一马,不再挖出庸人自扰的陷阱?#杨芮问生活#03月12日 12:09-转播-2009年11月15日,世界上首台量子计算机在美国诞生。量子计算机(quantum computer)是一种遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置,它会在不久将来取代电子计算机。四月,我们将邀请来自加州大学的一位量子计算机权威作客浙大理学大讲堂,畅谈量子计算机的今天和明天。

 

量子计算机论文

  1. 我貌似有了陌生人身体约束症,一晚上在几厘米的地方上保持了一个完整动作,浑身好疼啊…
  2. 迟来的压岁钱啊!100呐,还蛮高兴的,这说明我还年轻啊!
  3. 这都是早年记忆了。。。
  4. 你还对它记忆有多少!
  5. 老妈手里捏的一只老鼠急呼“老猫了?我怕的不行了。”我出去一看,这手里都抓上了,也叫怕啊,我可连靠近都不敢啊!
  6. 我就纳闷儿了,腾讯、移动这些网络媒介得埋没多少汉语言文字啊!诸如“(操)练、(阴)霾、(欲-火)重生”等等词汇直接就将其中个别字给屏蔽,实属让人崩溃,既然你们如此对待,以后也别屏蔽了,直接枪毙的了,大家都痛快…
  7. 今天天气太闷热了,有人让我把下半身也脱了!你们说脱不脱?!
  8. 这鬼天气每天色的要死,我都脱的剩下半身的一半儿了,还这般不知适可而止…
  9. 最近怎么如此累!睡的早,起的迟,中间还要睡午休,一天光睡觉了,还这么瞌睡…
  10. 一个假期让我形成一种习惯,傍晚来临之前才开始洗脸、洗头…
  11. 【如果想要让一个人记住你】这是一个轻薄感情的年代。如果量子计算机想要一个人对你时常想起、甚至长久怀念,那么就向他借钱;如果你想要一个人对你刻骨铭心、甚至毕生难忘,那么就欠他钱不还。(假使你是干部,而你想让民众铭记你,你就拆他们家,并且私吞他们的拆迁费)
  12. 闷热就是这个夏天的“流行色”!
  13. 谁能给俺下载一下《高手如林》全集了啊!
  14. 征集伪民意事件,速速支招。。。
政府工作真是好,一年四季见的少,逢年过节跑的早,白天黑夜往村跑,废寝厌食大不了,搜刮民脂壮腰包,起早贪黑圈里找,公羊母羊捡大挑,禁牧政策真是妙,一年吃肉不花销!
  15. 征集伪民意事件,速速支招。。。
政府工作真是好,一年四季见的少,逢年过节跑的早,白天黑夜往村跑,废寝厌食大不了,搜刮民脂壮腰包,起早贪黑圈里找,公羊母羊捡大挑,禁牧政策实在妙,一年吃肉没烦恼
  16. 突然发现代沟是存在的,我现在就特反感跟未满十八岁的人沟通,不论是何种方式,同样,也不愿意跟愈四十岁除父母之外的人进行多元沟通,只能勉强进行一问一答的短线流程,照此下去,这种恶性循环的落差会不断拉大…
  17. 这风刮的,能把人卷跑了。。。。。
  18. 决断力。。。。
  19. 老猫1
  20. 七夕当天大家一起玩个游戏。手机开机一天,第一个给你发短信或者打电话的,就当一天的情侣。如果合适,就过一辈子。

量子计算机相关问题

量子计算机可以打3D游戏吗

最佳答案:
量子计算机不能运行所有现在在 x86 或x64 上编译的二进制程序,因为cpu指令集与cpu工作方式完全不同,
简单来说就是现有的所有家用电脑上的程序都不能在量子计算机上面运行,包括你说的什么3D游戏,
当然不排除以后有人去开发量子计算机3D游戏,现阶段量子计算机主要用于处理科学问题。

中国有量子计算机吗?自主科研?

正在研制,中国科学家率先研制出可储存信息的量子技术,
但还没有研制成功,成功了就不需要超级计算机了,那银河一号不就没用了么。

 

 

原理和物理实现 :量子计算机研究(上)

分类:计算机

量子计算机研究(上)-原理和物理实现

ISBN:9787030318350

定价:80.00元

作者:李承祖 陈平形 梁林梅 戴宏毅 编著

出版社:科学出版社

时间:2011年07月

供货商:科学出版社 分类:计算机

出版社推荐语

内容简介

量子信息学是20世纪80年代以量子物理学为基础,融入计算机科学、经典信息论形成的新兴交叉学科,主要包括量子通信和量子计算两个分支。本书是关于量子计算机研究,分上、下两册出版。上册是关于量子计算机原理和物理实现,下册是关于量子纠错和容错量子计算。

本书为上册,内容包括计算机从经典到量子、量子位和量子逻辑门、量子算法、量子计算机动力学模型、离子阱量子计算机、基于半导体量子点的量子计算机、固体超导量子计算机、绝热量子计算、簇态和簇态上的量子计算等。

本书兼有基础性和系统性特色,既包含学科主要基础理论,又系统介绍了当前该领域前沿主要研究方向和动态。全书体系清晰,逻辑严谨,分析深入,推导详尽。既可作为高等院校的研究生教材或教学参考书,又可供相关领域研究人员和科技工作者参考。

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