量子计算机

量子计算机是一种如何构建计算机的模型。其理念是量子计算机可以利用量子力学中的某些现象,如叠加和纠缠,对数据进行操作。量子计算背后的基本原理是,可以利用量子特性来表示数据,并对数据进行运算。一个理论模型是量子图灵机,也被称为通用量子计算机。

量子计算的概念还很新。已经做了一些实验。在这些中,对qubits(量子比特)进行了极少量的运算。实践和理论研究都继续受到关注,许多国家政府和军事资助机构支持量子计算研究,开发民用和军用的量子计算机,如密码分析。

今天的计算机,被称为"经典"计算机,以二进制存储信息;每个位子要么开要么关。量子计算使用的是夸比特,它除了可能是开或关之外,还可以既开又关,这是一种描述叠加的方式,直到进行测量。普通计算机上一段数据的状态是确定的,但量子计算使用的是概率。只有非常简单的量子计算机被制造出来,尽管更大的设计已经被发明出来。量子计算使用的是一种特殊的物理学,量子物理学

如果大规模的量子计算机能够被制造出来,那么它们将能够比目前存在的任何计算机(如肖尔算法)更快地解决一些问题。量子计算机不同于其他计算机,如DNA计算机和基于晶体管的传统计算机。一些计算架构,如光学计算机可能使用电磁波的经典叠加。如果没有纠缠等量子力学资源,人们认为与经典计算机相比,不可能有指数级的优势。量子计算机不能执行经典计算机理论上无法计算的功能,换句话说,它们不会改变丘奇-图灵论文。不过,它们将能够更快速、更高效地完成许多事情。

布洛赫球是量子计算机的基本构件--qubit的代表。Zoom
布洛赫球是量子计算机的基本构件--qubit的代表。

问题和答案

问:什么是量子计算机?
答:量子计算机是一种如何建立计算机的模型,它使用量子力学的某些思想,如叠加和纠缠,来对数据进行操作。

问:它与经典计算机有什么不同?
答:经典计算机以二进制存储信息;每个比特都是开或关。量子计算使用的是量子比特,在进行测量之前,量子比特既可以打开也可以关闭。普通计算机上一块数据的状态是确定的,但量子计算使用概率。

问:量子计算机的一些潜在应用是什么?
答:潜在的应用包括密码分析(破译密码)和比目前任何计算机都快得多的解决问题的方法(如肖尔算法)。

问:除了量子计算机,还有其他类型的计算机吗?
答:是的,还有其他类型的计算机,如DNA计算机和基于传统晶体管的计算机。一些计算架构,如光学计算机也可能使用电磁波的经典叠加。

问:丘吉尔-图灵论是否适用于量子计算?
答:是的,量子计算机不能执行理论上不能由经典计算机计算的功能;它们不会改变丘吉尔-图灵论。然而,它们将能够比经典机器更快、更有效地完成许多事情。

问:大规模的量子计算已经实现了吗?
答:还没有,只有非常简单的实验使用了量子比特(qubits),尽管更大的设计已经被发明了。为了发展大规模的量子计算能力,用于民用和军用目的,实践和理论研究仍在饶有兴趣地进行。

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