量子计算机原理_量子计算机有多强大

　　量子计算机与经典计算机是有所不同的，其输入态和输出态一般为叠加态，其互相之间通常不正交。量子计算机的变换为所有可能的幺正变换。因此可以看出量子计算对经典计算做了极大的扩充，经典计算是一种特殊的量子计算。

　　量子计算最本质的的特征为量子叠加性与相干性，量子计算机对每一个叠加分量实现变换相当于一种经典计算，所有经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果，这种计算称为量子并行计算。量子并行计算大大提高了量子计算机的效率。

　　量子计算机原理

　　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。它们可以在量子比特（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。

　　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。

　　从数学抽象上看，量子计算机执行以集合为基本运算单元的计算，普通计算机执行以元素为基本运算单元的计算（如果集合中只有一个元素，量子计算与经典计算没有区别）。

　　以函数y=f（x），x∈A为例。量子计算的输入参数是定义域A，一步到位得到输出值域B，即B=f（A）；经典计算的输入参数是x，得到输出值y，要多次计算才能得到值域B，即y=f（x），x∈A，y∈B。

　　量子计算机有一个待解决的问题，即输出值域B只能随机取出一个有效值y。虽然通过将不希望的输出导向空集的方法，已使输出集B中的元素远少于输入集A中的元素，但当需要取出全部有效值时仍需要多次计算。

　　

　　量子计算机有多强大

　　我们先来了解一下量子计算机的并行运算。假如有一砖窑需要搬砖，你可以一个人完成，只是花费的时间很长，同样道理，你可以找到9个帮手，那么所要花费的时间大大缩短，但是所需要的员工数量就会增加。而搬砖的工作就需要考虑时间和人员的问题。这就是目前设计算法的基本思考：时间和空间上的考虑。而对于空间上的考虑就是并行运算，很明显并行运算节省时间，不过却花费存储空间（人员）。然而现在所有的任务几乎都是以节省时间的任务，所以并行运算成为超级运算的核心。然而制约并行运算的关键是你首先需要将这些存储空间（人员）准备好，而后再进行数据、命令控制而已，其中的关键是存储。

　　量子计算机核心优势就在于存储。一个量子可以表示0和1的混合态，也就是一个量子可以表示两个数，二个量子可以表示4个数据，而更多的量子就可以表示更多的数。其中最为神奇的是：如果有两个量子表示的四个数是并存的，一直存在的，而传统的计算机仅能存储一个数。如果你将谷歌的搜索数据通过某种转换存储在量子计算机与常规的计算机上，其所需要的存储比特数目将会有太大的区别。数据显示一个具备48个量子比特的计算机就可以超越太湖之光的计算能力。那么谷歌公司所能做的仅仅是将检索信息转换为量子比特存储，而后我们通过量子编程在这些量子存储中找到所需要的检索信息而已。这就是为什么量子计算机如何厉害。

　　接下来我们看看量子计算机会给我们的会给我们的生活带来什么样的变化。

　　中国科学技术大学教授朱晓波说，在我们生活的宏观世界里，物体的位置、速度等运动规律，都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里，有着与宏观世界截然不同的规则。

　　量子的神秘之处首先体现在它的“状态”。在宏观世界里，任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置。但在微观世界里，量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

　　量子力学的开创者之一、奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同时处于生和死两种状态的叠加。

　　更为诡异的是，量子的状态还经不起“看”。也就是说，如果你去测量一个量子，那么它就会从多个状态、多个位置，变成一个确定的状态和一个确定的位置了。如果你打开“薛定谔的箱子”，猫的叠加状态就会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。

　　如果说一个量子已经很“奇怪”，那么当两个量子“纠缠”在了一起，那种不确定性连爱因斯坦都受不了了。根据量子力学理论，如果两个量子之间形成了“纠缠态”，那么无论相隔多远，当一个量子的状态发生变化，另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化。

　　而基于量子的叠加态与纠缠特性，量子计算机被认为将是最具威力的量子信息应用。此次亮相的多光子可编程量子计算机，就是探索之一。未来，其超级计算能力的实现，将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。

　　或许现在，你还对量子计算机充满疑惑，亦或是觉得其也不过如此，但无论怎样，量子计算机都已不再那么神秘，当我们把量子计算机拉下神坛后，或许我们才可以更加深刻客观的思考量子计算机于我们而言，是否能够又一次改变我们的世界？

　　毫无疑问，答案将是肯定的，量子计算机必将挑战现有经典计算机世界所构建的规则，改变这个世界的运转模式，但是，这样的改变也必将是悄无声息的，它不会像Iphone那样让人触手可及，但它却在社会的更深层次，更隐秘的层次推动着社会的发展与进步，就像当打电话时，我们并不关心信息是通过传统通信卫星还是量子通信卫星进行传送的，我们只关心它能不能通信，然而，量子通信卫星所具有的高并行处理能力和极高安全性能，传统通信卫星望其项背；当我们乘坐高铁时，我们并不会考虑它是如何设计建造的，我们只关心它是否够快，是否够平稳，然而，量子计算机的海量数据模拟，将会极大的减少设计建造周期，解放设计师的想象力与生产力，达到更快更稳的设计要求。。。。。。或许，在不久的将来，我们能够预测地震海啸，或许我们能够利用更强大的计算能力，往宇宙的深处进发，探索生命的根源，探寻宇宙的起点。

　　量子计算机不再神秘，而它带来的改变将会陪伴我们每一个人，但它却摸不着也看不见，或许真正的科技正是这样，让人感受不到它的存在。