第二百零一章 量子算法和物理实现

第二百零一章 量子算法和物理实现 (第1/2页)

接下来的几天，庞学林主要精力都放在了量子计算机的学习上面。
　　
　　所谓量子计算机，就是一类遵循量子力学规律储存量子信息、实现量子计算的物理装置。
　　
　　一般情况下，量子计算机的输入可以用一个具有有限能级的量子系统来描述。
　　
　　如二能级系统，称之为量子比特。
　　
　　量子比特|Ψ>=α|0>+β|1>可以是|0>态和|1>态的任意组合，其中α和β分别代表相干叠加态中的比例系数。
　　
　　基于量子相干效应，α^2+β^2=1的条件系数取值有无穷多组，因此，量子比特所代表的的信息得以大大丰富。
　　
　　根据量子比特的构成，又可以将量子计算机分为以下几种类型。
　　
　　利用光子的偏振构建量子比特，即所谓的光量子计算机。
　　
　　2017年，世界上首台光量子计算机诞生于中国科技大学。
　　
　　利用被捕获离子或者原子的能级构建量子比特，即所谓离子型量子计算机。
　　
　　目前离子型量子计算机还没有被制造出来，瑞典和奥地利的科学家曾经合作制造出了离子型量子计算机的基本元件，但距离制造真正的离子型量子计算机，还有一段时间。
　　
　　最后一种，就是超导量子计算机，即利用超导线路，其中包括Cooper对以及与环流方向相关的左/右旋环流叠加态，构建量子比特。
　　
　　目前IBM、谷歌、微软等公司正在这一领域展开激烈竞争。
　　
　　量子的叠加性和量子相干性是量子计算机最本质的特征。
　　
　　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。
　　
　　因此，量子计算机本质上是一种并行计算，在并行条件下能够在多项式时间内解决经典计算机指数时间内才能解决的问题。
　　
　　例如，量子计算机能够在几秒钟内将一个250位的大数分解为两个质数的乘积，而当前的计算机完成此项工作需要耗时一百万年。
　　
　　正因为如此，世界上才有无数来自数学、物理、化学等领域的顶尖学者，对量子计算机产生了兴趣。
　　
　　同时也引起了政府部门以及商界的兴趣。
　　
　　不过到目前为止，所谓的量子计算机都还只是一个昂贵的玩具。
　　
　　中间夹杂着大公司如谷歌、IBM、微软等为了主导行业而进行的非科学性质的竞争。
　　
　　比如几个月前，谷歌宣布的所谓量子霸权，更多的是源于商业利益，而并非技术上真的达到了那种程度。
　　
　　目前，在量子计算机的研究领域，主要有两大分支。
　　
　　分别是量子算法和物理实现。
　　
　　实用型的量子算法又可以分为三个大类，第一类是以Shor算法为代表的基于量子Fourier变换方法寻找周期性的问题，进一步又可以归结为阿贝尔隐含子群的问题。
　　
　　第二类算法叫做Gover算法。
　　
　　Gover算法构建了基于概率幅放大方法的一类问题的基本框架，包括改进型的Gover算法、碰撞问题、量子遗传算法、量子模拟退火算法、量子神经网络等。
　　
　　

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