量子計(jì)算機(jī)原理與.

1、量子計(jì)算機(jī)原理與進(jìn)展量子計(jì)算機(jī)處理器量子計(jì)算機(jī)處理器簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介 量子計(jì)算機(jī)，早先由理查德費(fèi)曼提出，一開(kāi)始是從物理現(xiàn)象的模擬而來(lái)的?？伤l(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)辇嫶蟮南柌乜臻g使資料量也變得龐大，一個(gè)完好的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實(shí)際的天文數(shù)字。理查德費(fèi)曼當(dāng)時(shí)就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少。量子計(jì)算機(jī)的概念從此誕生。 量子計(jì)算機(jī)，在上世紀(jì)80年代處于理論狀態(tài)。1994年彼得秀爾（Peter Shor）提出量子質(zhì)因子分解算法后，因其對(duì)于通行于銀行及網(wǎng)絡(luò)等處的RSA加密算法可以破解而構(gòu)成威脅之后，量子計(jì)算機(jī)變成了熱門(mén)的話題。 半導(dǎo)體靠控

2、制集成電路來(lái)記錄和運(yùn)算信息，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態(tài)，記錄和運(yùn)算信息。圖2 布洛赫球面 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介量子計(jì)算機(jī)工作原理 量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來(lái)描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱(chēng)為量子比特（qubits），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的玄正變換。 2量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的么正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。量子計(jì)算機(jī)工作原理 幾種量子編碼方案是：量子糾錯(cuò)碼、量子避錯(cuò)碼和量子防錯(cuò)碼。量子糾錯(cuò)碼是經(jīng)典糾錯(cuò)碼的類(lèi)比，是目前研究的最多的一類(lèi)編碼，其優(yōu)點(diǎn)為適用范圍廣，缺點(diǎn)是效率不高。從數(shù)學(xué)抽象上看，量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行以集合為基本

3、運(yùn)算單元的計(jì)算，以函數(shù)y=f(x),xA為例。量子計(jì)算的輸入?yún)?shù)是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A)；量子計(jì)算機(jī)有一個(gè)待解決的問(wèn)題，即輸出值域B只能隨機(jī)取出一個(gè)有效值y。量子計(jì)算機(jī)工作原理 在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等。 現(xiàn)在還很難說(shuō)哪一種方案更有前景，只是量子點(diǎn)方案和超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)方案更適合集成化和小型化。 量子計(jì)算機(jī)工作原理量子計(jì)算機(jī)功能量子計(jì)算機(jī)功能 量子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行大數(shù)的因式分解，和Grover搜索破譯密碼，但是同時(shí)也提供了另一種保密通訊的方式。 在

4、利用EPR對(duì)進(jìn)行量子通訊的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，只有擁有EPR對(duì)的雙方才可能完成量子信息的傳遞，任何第三方的竊聽(tīng)者都不能獲得完全的量子信息，正所謂解鈴還需系鈴人，這樣實(shí)現(xiàn)的量子通訊才是真正不會(huì)被破解的保密通訊。 量子計(jì)算機(jī)還可以用來(lái)做量子系統(tǒng)的模擬，人們一旦有了量子模擬計(jì)算機(jī)，就無(wú)需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡羅方法在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上做數(shù)值計(jì)算，便可精確地研究量子體系的特征。發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 用原子實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)只有5個(gè)q-bit，放在一個(gè)試管中而且配備有龐大的外圍設(shè)備，只能做1+1=2的簡(jiǎn)單運(yùn)算，Bennett教授說(shuō)，“現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)只是一個(gè)玩具，真正做到有實(shí)用價(jià)值的也許是5年，10年，甚至是50年以

5、后”。 我國(guó)量子信息專(zhuān)家中國(guó)科技大學(xué)的郭光燦教授則宣稱(chēng)，他領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室將在5年之內(nèi)研制出實(shí)用化的量子密碼，來(lái)服務(wù)于社會(huì)！量子計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程發(fā)展過(guò)程 美國(guó)的洛斯阿拉莫斯和麻省理工學(xué)院、IBM、和斯坦福大學(xué)、武漢物理所、清華大學(xué)四個(gè)研究機(jī)構(gòu)已實(shí)現(xiàn)7個(gè)量子比特量子算法演示。 2007年2月，加拿大D-Wave系統(tǒng)公司宣布研制成功16位量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，這個(gè)工作的意義非常重大，或許，可實(shí)際應(yīng)用的量子計(jì)算機(jī)會(huì)在幾年內(nèi)出現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)的時(shí)代真的要開(kāi)始了！ 2010年3月31日，德國(guó)于利希研究中心發(fā)表公報(bào)：德國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)成功模擬42位量子計(jì)算機(jī)，該中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)JUGENE成功模擬了

6、42位的量子計(jì)算機(jī)，在此基礎(chǔ)上研究人員首次能夠仔細(xì)地研究高位數(shù)量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特性。 首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)首臺(tái)量子計(jì)算機(jī) 2007年初，加拿大公司D-Wave Systems今天揭開(kāi)了“全球第一臺(tái)商用實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)”的神秘面紗，展示了這臺(tái)新型計(jì)算機(jī)“Orion”如何運(yùn)行商用程序。量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 在美國(guó)加州山景城的計(jì)算機(jī)歷史博物館里演示，量子計(jì)算機(jī)本身在D-Wave公司總部，加拿大溫哥華本那比。在那里，量子計(jì)算機(jī)被液氮冷凍在5mK(毫開(kāi))溫度下，也就是-273.145，只比絕對(duì)溫度-273.15高0.005，比星際空間還要冷。量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 201

7、1年，年，D-Wave卷土重來(lái)發(fā)布了全新產(chǎn)品卷土重來(lái)發(fā)布了全新產(chǎn)品D-Wave One，這一次它的處理器達(dá)到了，這一次它的處理器達(dá)到了128量量子比特，比前代產(chǎn)品大大提升，一臺(tái)售價(jià)高達(dá)子比特，比前代產(chǎn)品大大提升，一臺(tái)售價(jià)高達(dá)1000萬(wàn)美元。萬(wàn)美元。美國(guó)知名的軍備制造商洛克希美國(guó)知名的軍備制造商洛克希德德馬丁已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)馬丁已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)D-Wave One并將其用在一些復(fù)并將其用在一些復(fù)雜的項(xiàng)目上，比如雜的項(xiàng)目上，比如F-35戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)軟件錯(cuò)誤的自動(dòng)檢測(cè)軟件錯(cuò)誤的自動(dòng)檢測(cè)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 2012年，法國(guó)物理學(xué)家塞爾日年，法國(guó)物理學(xué)家塞爾日阿羅什，美國(guó)物理阿羅什，美

8、國(guó)物理學(xué)家戴維學(xué)家戴維維因蘭被授予諾貝爾物理獎(jiǎng)，提出了突維因蘭被授予諾貝爾物理獎(jiǎng)，提出了突破性的實(shí)驗(yàn)方法，使測(cè)量和操控單個(gè)量子體系成破性的實(shí)驗(yàn)方法，使測(cè)量和操控單個(gè)量子體系成為可能。為可能。D-Wave CEO Vern Brownell D-Wave的創(chuàng)始人羅斯的創(chuàng)始人羅斯量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 2012年年10月，月，D-Wave公司獲得了來(lái)自亞馬遜創(chuàng)始公司獲得了來(lái)自亞馬遜創(chuàng)始人及人及CEO貝索斯以及美國(guó)中情局下屬投資機(jī)構(gòu)總貝索斯以及美國(guó)中情局下屬投資機(jī)構(gòu)總計(jì)計(jì)3000萬(wàn)美元的投資。萬(wàn)美元的投資。2013年初，年初，D-Wave T

9、wo 量子計(jì)算機(jī)面世，其處理器量子計(jì)算機(jī)面世，其處理器達(dá)到了達(dá)到了 512 量子位，是目前商用市場(chǎng)上最強(qiáng)大的量子量子位，是目前商用市場(chǎng)上最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。其售價(jià)也隨計(jì)算能力飆升，達(dá)到計(jì)算機(jī)。其售價(jià)也隨計(jì)算能力飆升，達(dá)到1500 萬(wàn)美萬(wàn)美元元獲得了谷歌的訂單。獲得了谷歌的訂單。量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 2009年11月15日，世界首臺(tái)可編程的通用量子計(jì)算機(jī)正式在美國(guó)誕生， 據(jù)美國(guó)新科學(xué)家網(wǎng)站報(bào)道，世界上首臺(tái)可編程的通用量子計(jì)算機(jī)近日在美國(guó)面世。 這臺(tái)可編程量子計(jì)算機(jī)的核心部件是一個(gè)標(biāo)有金黃圖案的鋁晶片，其中包含了一個(gè)直徑大約200微米的微型電磁圈。在這個(gè)電磁圈中，科學(xué)家放置了四個(gè)離子，其中兩個(gè)是鎂離子，兩個(gè)是鈹離子。 量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 在2007年，加拿大計(jì)算機(jī)公司D-Wave展示了全球首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)“Orion（獵戶(hù)座）”。雖然當(dāng)時(shí)只是一臺(tái)能通過(guò)量子力學(xué)解決部分問(wèn)題的原型機(jī)，不過(guò)也讓我們看見(jiàn)了量子計(jì)算機(jī)的曙光。 量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 2011年進(jìn)程年進(jìn)程 2011年5月，D-Wave自豪地宣布，全球首臺(tái)真正的商用量子計(jì)算機(jī)D-Wave One終于誕生了！其采用了128-qubit（量子比特）