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量子计算的基本原理 满满的物理学知识

旺财2022-06-0335

去年十二月份“九章”的问世可以说将量子计算推上了风口浪尖,很多人只觉得这个技术太牛了,但是鲜有人知道其原理是什么,其实其中涉及到很多很深的物理学知识。

量子计算机是一种基于量子理论而工作的计算机。追根溯源,是对可逆机的不断探索促进了量子计算机的发展。量子计算机装置遵循量子计算的基本理论,处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法。1981年,美国阿拉贡国家实验室的Paul Benioff最早提出了量子计算的基本理论:

1、量子比特

经典计算机信息的基本单元是比特,比特是一种有两个状态的物理系统,用0与1表示。在量子计算机中,基本信息单位是量子比特(qubit),用两个量子态“0”和“1”代替经典比特状态0和1。量子比特相较于比特来说,有着独一无二的存在特点,它以两个逻辑态的叠加态的形式存在,这表示的是两个状态是0和1的相应量子态叠加。

2、态叠加原理

现代量子计算机模型的核心技术便是态叠加原理,属于量子力学的一个基本原理。一个体系中,每一种可能的运动方式就被称作态。在微观体系中,量子的运动状态无法确定,呈现统计性,与宏观体系确定的运动状态相反。量子态就是微观体系的态。这么说可能有些糊涂,举例来说:我拿一个硬币我往上丢,翻开来不是正面就是反面,这是基础物理可是量子它不是,它是可以处于正和反之间的状态(不包含立起来)。

3、量子纠缠原理

量子纠缠:当两个粒子互相纠缠时,一个粒子的行为会影响另一个粒子的状态,此现象与距离无关,理论上即使相隔足够远,量子纠缠现象依旧能被检测到。因此,当两粒子中的一个粒子状态发生变化,即此粒子被操作时,另一个粒子的状态也会相应的随之改变。

4、量子并行原理

量子并行计算是量子计算机能够超越经典计算机的最引人注目的先进技术。量子计算机以指数形式储存数字,通过将量子位增至300个量子位就能储存比宇宙中所有原子还多的数字,并能同时进行运算。函数计算不通过经典循环方法,可直接通过幺正变换得到,大大缩短工作损耗能量,真正实现可逆计算。

由此可见,量子计算机的原理是基于众多物理学、力学等基础上的,科学家和物理学家共同的努力下才有了今天的成效,实在是令人大开眼界。

量子计算

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