《大话量子计算机》PPT课件

图a
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单粒子干涉
在一个类似图a的试验中，光子被射向半面镀银 的镜子，通过接收器显示出的信号（如果一个接 收器有信号，那么其它就没有信号）证实了光子 是不可分的。根据这个现象，人们可能认为光子 的传播路径或者是垂直，或者是平行，并且随机 的在两种路径之中选择一个。但是，量子动力学 认为光子的传播实际上是同时沿两个方向进行的， 而不是像试验a中所示选择其中一种。这种现象， 被叫做单粒子干涉。
大话量子计算机
制作人： 巫扬坚 邢俊波 杨智
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什么是量子计算机？
在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也 叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个 一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量 子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。 qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，而且 也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit 能作为单个的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而且用数字系 数代表了每种状态的可能性。这种现象看起来和人的直觉不符，因为 在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子6 量子计算机的威力和巨大潜力（1）
利用量子重叠解决问题要快的多，例如，一个500qubit的系统，这是 传统计算机无法模拟的，这个系统代表了2500个量子重叠态。每一个 状态都可以等同于传统计算机中的500个0和500个1。该系统的任何 量子操纵——一个特殊的无线电脉冲，这种操做可以在第100和101 个qubit位执行一个可控的＂非＂操作，同时也控制了所有的2500个 状态。因此一个信号，一次计算机时钟的滴答的时间之内，一个量子 操做不仅能在一个机器状态进行计算，而是象很多计算机进行一样， 在2500个机器状态进行计算。但是，如量子动力学中的测量原理所述， 最终对这个系统的观测则导致相应于一个响应只产生一个量子态，即 只相当于500个0和1。这个有趣的结果是由于通过重叠产生的大量量 子平行产生的响应，而这相当于利用具有10150个独立处理器的传统 超级计算机所进行的运算结果（而这是根本不可能实现的）。
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量子规律只统治原子级的世界
从某光源发射的光子沿某条路径 射向一个一面涂有银的镜子。该 镜子使光束分离，其中的一半垂 直射向接收器A，另一半则射向接 收器B。但是，一个光子作为光的 最小单位并不能被分离，所以光 子被接收器A或B检测到的机率相 等。如果凭直觉我们可能认为光 子离开镜子的方向是随机的，或 者沿垂直方向，或者沿平行方向。 但是，量子动力学告诉我们，光 子实际上是沿平行和垂直两个方 向同时传播的。
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量子计算机的威力和巨大潜力（2）
我们可以举另一个例子来说明。比如，分解一个有400个数字的合数 是解码史上的一项壮举，即使用现存最快的超级计算机计算也需要几 百万年的时间。但是用量子计算机完成这项任务可能只需要一年左右， 因此使用量子计算机可以破解现在使用的最复杂的加密算法。但是现 在说来那些使用了目前加密算法的数据还是安全的，因为目前还没有 人有建立量子计算机的能力。
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量子计算机的研究现状
量子计算机并没有被经典物理世界所限 制，量子计算机依赖于对量子位或者说 昆比特（qubit）的观察，量子位可能代 表了一个0或者一个1，也可能代表了二 者的结合或者可能代表了在0和1之间的 一种状态。
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量子计算机发展源头
基于量子动力学的计算设备的设想首先在19世纪70年代和19世纪80年代，由物理学家 和计算机科学家，例如IBM Thomas J Watson研究中心的Charles H. Bennett，伊利诺 伊州Argonne国家实验室的Paul A. Benioff，牛津大学的David Deutsch和加利福尼亚理 工学院（Caltech）的Richard P. Feynman提出。
破解加密术只是量子计算机的应用的一个方面。另外，Shor也把只能 运行在量子计算机上的数学运算工具包放在一起，其中的许多运算是 用于因数分解运算的。此外，Feynman宣称量子计算机能作为一种量 子物理学的模拟器使用，这潜在的打开了在该领域许多发现的大门。 虽然目前量子计算机的威力主要还是理论上的思索，但是第一台具有 全功能的量子计算机无疑将带来许多新的令人激动的应用。
直到Shor在1994年传播他的一篇预印刷的论文为止，在该论文中他陈述了一个使用量 子计算机解决一个重要的数字理论问题的方法，该方法命名为因数分解，所有已发现 的量子计算机的应用只是用于一些人为的数学问题。他表明一个特别为量子计算机设 计的整体数学运算可以使得这个这个机器以极快的速度把巨大的数字分解因式，这个 速度比传统计算机的速度快得多。随着这个突破，对量子计算机的兴趣不再只局限于 学术界，而是引起了全世界各领域人士的广泛关注。
Feynman在1982年制造了一个抽象的模型，该模型示范了如何利用量子系统做运算。 他也解释了这样一个机器如何用作量子物理学的模拟器进行运算。
以后，在1985年，Deutsch意识到Feynman的主张最终能导致用于一般目的的量子计 算机的诞生，他发表了一篇具有决定作用的论文声明任何物理过程，在一般原则下， 都能被量子计算机模拟。
力学的规律，量子规律只统治原子级的世界。
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量子计算机理解
在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量 子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计 算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组 组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是 因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力 学从本质上说完全不同于传统物理学。qubit不 仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳 定存在，而且也能在相应于这些传统位的混合 或重叠状态存在。换句话说，qubit能作为单个 的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而 且用数字系数代表了每种状态的可能性。这种 现象看起来和人的直觉不符，因为在人类的日 常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律， 而不是量子力学的规律，量子规律只统治原子 级的世界。