量子计算机介绍ppt课件
合集下载
量子计算课件(2024)
相比传统计算机，量子计算机具有更 高的计算速度、更强的数据处理能力 和更低的能耗。
2024/1/27
5
量子计算应用领域
量子计算具有广泛的应用前景，包括密 码学、化学模拟、优化问题求解、人工 智能等领域。
在人工智能领域，量子计算可以加速机 器学习和深度学习的训练过程，提高模 型的准确性和效率。
在优化问题求解领域，量子计算可以应 用于交通路线规划、电网优化等问题， 提高求解效率。
其他新型技术
如拓扑量子计算、光量子计算等， 为量子计算领域带来新的可能性和 挑战。
2024/1/27
21
拓扑保护和容错性设计思路分享
1 2
拓扑保护原理
通过设计特定的拓扑结构，使得量子比特免受环 境噪声的干扰，从而提高量子计算的稳定性。
容错性设计策略
采用纠错编码、动态解耦等技术，降低量子计算 中的错误率，提高计算结果的可靠性。
18
05
量子计算机硬件实现技术探讨
2024/1/27
19
超导量子计算机硬件架构剖析
01
02
03
超导量子比特设计
基于超导线圈和微波谐振 腔，实现量子比特的初始 化、操作和读取。
2024/1/27
低温环境控制系统
利用稀释制冷机等设备， 为超导量子芯片提供极低 温环境，确保量子比特稳 定运行。
控制与测量系统
通过高精度模拟和数字电 路，实现对超导量子芯片 的精确控制和测量。
20
离子阱和光学腔等新型技术展望
离子阱量子计算机
利用激光或微波场对离子进行精 确操控，实现量子计算。具有长
相干时间和高保真度等优点。
光学腔量子计算机
基于光学腔和原子或分子的相互作 用，实现量子信息的存储、传递和 处理。具有高速、低噪声等优点。
量子计算机课件(精)
量子计算机课件(精)
2024/1/27
1
目录
2024/1/27
• 量子计算概述 • 量子比特与量子门 • 量子算法与应用举例 • 量子编程语言与工具介绍 • 经典-量子混合编程技术探讨 • 挑战、机遇与未来发展趋势
2
01
量子计算概述
Chapter
2024/1/27
3
量子计算定义与原理
量子计算是利用量子力学中的原理来进行信息处理的新 型计算方式。
Qiskit
Cirq
QuTiP
IBM开发的开源量子计算工具 包，提供多种编程语言和工具 ，支持量子电路的设计、模拟 和优化。同时，Qiskit还提供 丰富的教程和文档，帮助用户 快速上手和深入学习。
Google开发的开源量子计算框 架，提供Python编程接口和多 种工具，支持量子电路的设计 、模拟和优化。Cirq还提供丰 富的示例和文档，方便用户学 习和使用。
量子比特是量子计算的基 本单元，与经典比特相似 ，但状态可以是0、1的叠 加态。
2024/1/27
量子比特性质
量子比特具有叠加性和纠 缠性，使得量子计算能够 处理经典计算无法解决的 问题。
量子比特表示方法
量子比特的状态可以用波 函数或密度矩阵表示，波 函数的模平方表示量子比 特处于某个状态的概率。
8
机器学习算法加速
利用量子计算机可以加速一些机器学习算法的训练和预测过程，如支持向量机、神经网络 等。其基本原理是将机器学习算法转化为量子线路模型，并通过量子计算加速得到模型的 参数和预测结果。
14
04
量子编程语言与工具介绍
Chapter
2024/1/27
15
常见量子编程语言概述
2024/1/27
1
目录
2024/1/27
• 量子计算概述 • 量子比特与量子门 • 量子算法与应用举例 • 量子编程语言与工具介绍 • 经典-量子混合编程技术探讨 • 挑战、机遇与未来发展趋势
2
01
量子计算概述
Chapter
2024/1/27
3
量子计算定义与原理
量子计算是利用量子力学中的原理来进行信息处理的新 型计算方式。
Qiskit
Cirq
QuTiP
IBM开发的开源量子计算工具 包，提供多种编程语言和工具 ，支持量子电路的设计、模拟 和优化。同时，Qiskit还提供 丰富的教程和文档，帮助用户 快速上手和深入学习。
Google开发的开源量子计算框 架，提供Python编程接口和多 种工具，支持量子电路的设计 、模拟和优化。Cirq还提供丰 富的示例和文档，方便用户学 习和使用。
量子比特是量子计算的基 本单元，与经典比特相似 ，但状态可以是0、1的叠 加态。
2024/1/27
量子比特性质
量子比特具有叠加性和纠 缠性，使得量子计算能够 处理经典计算无法解决的 问题。
量子比特表示方法
量子比特的状态可以用波 函数或密度矩阵表示，波 函数的模平方表示量子比 特处于某个状态的概率。
8
机器学习算法加速
利用量子计算机可以加速一些机器学习算法的训练和预测过程，如支持向量机、神经网络 等。其基本原理是将机器学习算法转化为量子线路模型，并通过量子计算加速得到模型的 参数和预测结果。
14
04
量子编程语言与工具介绍
Chapter
2024/1/27
15
常见量子编程语言概述
《量子计算机简介》课件
展望量子计算机在各个领域中可能取得的突破，探讨其对社会、经济和科学 的影响，以及面临的挑战和解决方案。
总结
简要回顾和总结量子计算机的概述，突出其对未来的影响，并展望其发展趋势，促使观众对未来的前景产生兴 趣和思考。
量子计算机的应用
揭示化学模拟、优化问题求解以及密码学等领域中，量子计算机的潜在应用， 展现它们能够带来的突破性变革。
当前量子计算机的现状
介绍Google、IBM、Alibaba等公司在量子计算机研究方面的进展，以及中国量 子卫星和量子实验室的引领地位，同时探讨量子通信的发展。
量子计算机的未来展望
《量子计算机简介》
欢迎来到《量子计算机简介》PPT课件。在本次课程中，我们将深入探索令人 兴奋的量子计算机世界，揭示其巨大的潜力和应用。
什么是量子计算机？
了解传统计算机与量子计算机的区别，介绍量子比特（qubit）的概念，以及量子计算机在信息处理上的独特 之处。
为什么需要量子计算机？
探讨传统计算机ห้องสมุดไป่ตู้临的瓶颈，并展示量子计算机的优势，如量子并行性和量子纠错技术，以解决当前计算问题 的限制。
总结
简要回顾和总结量子计算机的概述，突出其对未来的影响，并展望其发展趋势，促使观众对未来的前景产生兴 趣和思考。
量子计算机的应用
揭示化学模拟、优化问题求解以及密码学等领域中，量子计算机的潜在应用， 展现它们能够带来的突破性变革。
当前量子计算机的现状
介绍Google、IBM、Alibaba等公司在量子计算机研究方面的进展，以及中国量 子卫星和量子实验室的引领地位，同时探讨量子通信的发展。
量子计算机的未来展望
《量子计算机简介》
欢迎来到《量子计算机简介》PPT课件。在本次课程中，我们将深入探索令人 兴奋的量子计算机世界，揭示其巨大的潜力和应用。
什么是量子计算机？
了解传统计算机与量子计算机的区别，介绍量子比特（qubit）的概念，以及量子计算机在信息处理上的独特 之处。
为什么需要量子计算机？
探讨传统计算机ห้องสมุดไป่ตู้临的瓶颈，并展示量子计算机的优势，如量子并行性和量子纠错技术，以解决当前计算问题 的限制。
量子计算机介绍(PPT)
大数据优化与搜索
组合优化
利用量子计算机的并行计算能力， 解决复杂的组合优化问题，如旅
行商问题、背包问题等。
数据库搜索
加速数据库搜索过程，提高数据 检索效率。
图像处理与识别
应用于图像处理和识别领域，提 高图像处理的准确性和效率。
人工智能与机器学习
量子神经网络
构建量子神经网络模型，用于解决复杂的模式识 别和分类问题。
PART 02
量子计算原理
REPORTING
WENKU DESIGN
量子比特
量子比特定义
量子比特是量子计算的基本单元，与 传统计算机中的比特类似，但具有叠 加态和纠缠态等特性。
叠加态
纠缠态
当两个或多个量子比特发生相互作用时，它 们会形成一种纠缠态，其中一个量子比特的 状态变化会立即影响到其他量子比特的状态 。
优点
精度高，可长时间保持相干性，可扩展性强。
应用
主要用于科研和量子模拟等领域。
光量子计算机
原理
利用光子作为量子比特，通过光学元 件（如分束器、反射镜等）实现量子 操作。
优点
速度快，并行度高，可扩展性强。
缺点
难以实现长时间存储和精确控制。
应用
主要用于通信、密码学、优化等领域。
PART 04
量子计算机软件与编程
Microsoft Azure Quantum
微软提供的量子计算云平台，支持多种量子编程语言和开 发工具，用户可通过云平台进行量子算法的开发和测试。
Google Quantum AI
Google提供的量子计算云平台，用户可通过云平台访问 Google的量子计算机，并使用Google开发的量子编程语 言和工具进行开发。
量子计算机PPT课件
案例三
利用Q#模拟量子纠缠现象
案例四
在Q#中实现Shor的质因数分 解算法
04
量子算法与应用领域的应用
Shor算法原理
利用量子纠缠等特性，在多项式时间内完成大数质 因数分解，相比经典计算机具有指数级加速效果。
在密码学中的应用
Shor算法可破解RSA等公钥密码体系，对现有密码 安全构成威胁，推动密码学发展新的抗量子算法。
集成多种量子硬件后端， 如IonQ、Quantinuum 等
提供多种量子计算模拟器 ，包括全振幅模拟器和稀 疏模拟器
提供丰富的量子开发工具 ，如Q#编译器、调试器 和可视化工具
案例：使用Q#编写简单程序
01
02
03
04
案例一
编写Q#程序实现量子比特翻 转操作
案例二
使用Q#和Azure Quantum 解决旅行商问题
06
总结与展望
Chapter
本次课程重点内容回顾
量子计算基本概念
介绍了量子比特、量子门、量子 纠缠等基本概念，为后续学习打 下基础。
量子计算机硬件
介绍了量子计算机的硬件组成， 包括量子芯片、控制系统、低温 系统等，让学员对量子计算机有 更深入的了解。
01 02 03 04
量子算法
详细讲解了Shor算法、Grover 算法等经典量子算法的原理和实 现过程，展示了量子计算在特定 问题上的优势。
精度和效率。
量子优化算法
利用量子计算特性解决组合优化等 问题，如旅行商问题、背包问题等 ，相比经典算法具有更优性能。
量子机器学习算法
结合量子计算和机器学习技术，用 于数据分类、降维等任务，可处理 大规模高维数据并实现更高效的学 习过程。
量子计算机课件(精)
量子纠缠的控制
03
如何将更多的量子比特集成到一台量子计算机中，并保持其性能和稳定性是一个巨大的挑战。
量子计算机的可扩展性
1
2
3
超导量子比特是实现量子计算最有前景的物理系统之一，它利用了约瑟夫森结来制备超导材料中的量子态。
超导量子比特
离子阱是一种将离子捕获在微米级电极中的技术，通过控制电极上的电压，可以实现离子的量子态操作。
量子计算机对现有基础设施的影响
由于量子计算机的运行方式和传统计算机不同，因此它可能会对现有的基础设施产生影响。例如，网络传输协议可能需要重新设计以适应量子信息的传输。
量子计算机的安全问题
由于量子计算机的高效计算能力，它可能会被用于进行恶意活动，例如破解密码、窃取机密信息等。因此，我们需要研究和开发安全措施以防止这些潜在的风险。
CHAPTER
量子计算基础知识
量子比特是量子计算中的基本单元，它与传统计算机中的比特有所不同。在量子计算机中，量子比特可以处于多种可能的状态叠加态，这使得量子计算机能够处理和存储更加复杂的信息。
量子比特的状态可以通过量子态进行描述，它是一个向量，其中的每个元素代表该量子比特处于不同状态的概率幅。
量子比特的状态可以通过量子测量进行确定，而在测量之前，它的状态是不确定的，处于一种叠加态。
量子纠缠是量子力学中的另一个重要概念，它表示两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联。
当两个量子比特处于纠缠状态时，它们的状态是相互依赖的，一旦测量其中一个量子比特，另一个量子比特的状态也会立即确定。
03
CHAPTER
量子算法介绍
总结词
高效分解大数
详细描述
Shor算法是一种基于量子并行性的算法，可以高效地分解大数，这对于密码学和网络安全具有重要意义。相比经典计算机需要指数级别的时间复杂度，Shor算法只需要多项式级别的时间复杂度。
03
如何将更多的量子比特集成到一台量子计算机中，并保持其性能和稳定性是一个巨大的挑战。
量子计算机的可扩展性
1
2
3
超导量子比特是实现量子计算最有前景的物理系统之一，它利用了约瑟夫森结来制备超导材料中的量子态。
超导量子比特
离子阱是一种将离子捕获在微米级电极中的技术，通过控制电极上的电压，可以实现离子的量子态操作。
量子计算机对现有基础设施的影响
由于量子计算机的运行方式和传统计算机不同，因此它可能会对现有的基础设施产生影响。例如，网络传输协议可能需要重新设计以适应量子信息的传输。
量子计算机的安全问题
由于量子计算机的高效计算能力，它可能会被用于进行恶意活动，例如破解密码、窃取机密信息等。因此，我们需要研究和开发安全措施以防止这些潜在的风险。
CHAPTER
量子计算基础知识
量子比特是量子计算中的基本单元，它与传统计算机中的比特有所不同。在量子计算机中，量子比特可以处于多种可能的状态叠加态，这使得量子计算机能够处理和存储更加复杂的信息。
量子比特的状态可以通过量子态进行描述，它是一个向量，其中的每个元素代表该量子比特处于不同状态的概率幅。
量子比特的状态可以通过量子测量进行确定，而在测量之前，它的状态是不确定的，处于一种叠加态。
量子纠缠是量子力学中的另一个重要概念，它表示两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联。
当两个量子比特处于纠缠状态时，它们的状态是相互依赖的，一旦测量其中一个量子比特，另一个量子比特的状态也会立即确定。
03
CHAPTER
量子算法介绍
总结词
高效分解大数
详细描述
Shor算法是一种基于量子并行性的算法，可以高效地分解大数，这对于密码学和网络安全具有重要意义。相比经典计算机需要指数级别的时间复杂度，Shor算法只需要多项式级别的时间复杂度。
量子计算机介绍(PPT)
玻姆(D. Bohm ) 也是主张 量子力学只给微观客体以统计 性描述是不完备的。1953 年他 提出, 有必要引入一附加变量 对微观客体作进一步的描述。 这就是隐变量(h iddenvariabl e) 理论。 1965 年, 贝尔(J. Bell) 在局域隐变量理论的基础上推 导出一个不等式, 人称Bell 不等式, 并发现此式与量子力 学的预言是不符的, 因而我们 有可能通过对此式的实验检验, 来判断哥本哈根学派对量子力 学的解释是否正确.
从EPR谈起
然而,自然界是否确实按照量子理论的规律运行? 量子力学的解释是否站得住脚, 自20 世纪20 年代量 子力学建立以来一直是颇有争议的。以爱因斯坦为代 表的一批科学家始终认定量子力学不是完备的理论, 而以玻尔为代表的哥本哈根学派则坚信量子理论的正 确性。 爱因斯坦等人构思了一个由两个粒子组成的一 维系统相互远离的思想实验, 用反证法对量子力学 的完备性提出质疑。
量子计算机的构造及实验方案
• 正如经典计算机建立在通用图灵机基础之上，量子计算机亦 可建立在量子图灵机基础上。量子图灵机可类比于经典计算机的 概率运算。上面提到的通用图灵机的操作是完全确定性的，用q 代表当前读写头的状态，s代表当前存储单元内容，d取值为L,R, N,分别代表读写头左移、右移或不动，则在确定性算法中，当q, s给定时，下一步的状态q'，s'及读写头的运动d完全确定。我们 也可以考虑概率算法，即当q,s给定时，图灵机以一定的概率 （q,s,q,s”,d）变换到状态q',s'及实行运动d。概率函数 (q,s, q',s',d）为取值[0,1]的实数，它完全决定了概率图灵机的性质。 经典计算机理论证明，对解决某些问题，慨率算法比确定性算法 更为有效。 • 量子图灵机非常类似于上面描述的经典概率图灵机，现在q,s, q',s'相应地变成了量子态，而概率函数 （q,s,q',s',d）则变 成了取值为复数的概率振幅函数x(q,s,q',s',d），量子图灵机 的性质由概率振幅函数确定。正因为现在的运算结果不再按概率 叠加，而是按概率振幅叠加，所以量子相干性在量子图灵机中起 本质性的作用，这是实现量子并行计算的关键。
《量子计算机》PPT课件-2024鲜版
《量子计算机》PPT课件
2024/3/27
1
目
CONTENCT
录
2024/3/27
• 量子计算概述 • 量子计算机硬件实现 • 量子计算机软件与算法 • 量子计算机应用领域 • 当前挑战与未来发展趋势 • 总结回顾与课堂互动环节
2
01
量子计算概述
2024/3/27
3
量子计算定义与原理
2024/3/27
11
03
量子计算机软件与算法
2024/3/27
12
量子编程语言与工具
量子编程语言
Q#、Quipper、QCompute等
Q#
微软开发的量子编程语言，集成于Visual Studio 中，提供丰富的库和工具。
Quipper
基于Haskell的量子编程语言，提供高级的量子编 程功能。
2024/3/27
化学反应动力学模拟
模拟化学反应的动力学过程，揭示化 学反应的机理和路径。
2024/3/27
19
优化问题求解
01
02
03
组合优化
利用量子计算解决复杂的 组合优化问题，如旅行商 问题、背包问题等。
2024/3/27
线性规划
通过量子计算加速线性规 划问题的求解，提高优化 算法的效率。
非线性优化
利用量子计算的并行性优 势，解决非线性优化问题， 如神经网络训练等。
2024/3/27
22
技术挑战及解决方案
2024/3/27
量子比特的稳定性和可控性
提高量子比特的相干时间和操控精度，通过优化量子芯片设计和 制造工艺，降低环境噪声对量子比特的影响。
量子纠缠的保持与传递
研究高效、稳定的量子纠缠产生和保持方法，探索量子纠缠在远距 离通信和分布式量子计算中的应用。
2024/3/27
1
目
CONTENCT
录
2024/3/27
• 量子计算概述 • 量子计算机硬件实现 • 量子计算机软件与算法 • 量子计算机应用领域 • 当前挑战与未来发展趋势 • 总结回顾与课堂互动环节
2
01
量子计算概述
2024/3/27
3
量子计算定义与原理
2024/3/27
11
03
量子计算机软件与算法
2024/3/27
12
量子编程语言与工具
量子编程语言
Q#、Quipper、QCompute等
Q#
微软开发的量子编程语言，集成于Visual Studio 中，提供丰富的库和工具。
Quipper
基于Haskell的量子编程语言，提供高级的量子编 程功能。
2024/3/27
化学反应动力学模拟
模拟化学反应的动力学过程，揭示化 学反应的机理和路径。
2024/3/27
19
优化问题求解
01
02
03
组合优化
利用量子计算解决复杂的 组合优化问题，如旅行商 问题、背包问题等。
2024/3/27
线性规划
通过量子计算加速线性规 划问题的求解，提高优化 算法的效率。
非线性优化
利用量子计算的并行性优 势，解决非线性优化问题， 如神经网络训练等。
2024/3/27
22
技术挑战及解决方案
2024/3/27
量子比特的稳定性和可控性
提高量子比特的相干时间和操控精度，通过优化量子芯片设计和 制造工艺，降低环境噪声对量子比特的影响。
量子纠缠的保持与传递
研究高效、稳定的量子纠缠产生和保持方法，探索量子纠缠在远距 离通信和分布式量子计算中的应用。
量子计算机课件(精)
速发展。
02
量子计算机在金融领域的应用
量子计算机的高效计算能力将有助于金融领域进行更准确的投资和风险
管理。
03
量子计算机在人工智能领域的应用
量子计算机可以加速机器学习等人工智能算法的训练过程，推动人工智
能的进一步发展。
谢谢您的聆听
THANKS
现有量子计算机平台介绍
离子阱量子计算机
利用离子在磁场中的能级 结构来实现量子比特。
光子量子计算机
利用光子的偏振或路径来 制备量子比特。
超导量子计算机
利用超导材料中的约瑟夫 森效应来制备量子比特。
拓扑量子计算机
利用拓扑材料的特性来实 现量子比特。
量子计算机的应用场景
因子分解
利用Shor算法对大数进行因子分
• 基本思想：利用量子并行性和量子干涉的特性，Grover算法通过构建一个“量子叠加态”，使得每个数据库中 的项都在同一个量子位上同时处于“存在”和“不存在”的状态，从而实现对数据库的高效搜索。
• 算法步骤：Grover算法主要包括两个步骤，一是构建“量子叠加态”；二是通过一系列的量子干涉和测量操作 ，将目标项从数据库中筛选出来。
量子比特的稳定性
量子比特极易受到环境噪声和干扰，导致 计算过程中出现误差。
量子纠缠的控制
对多个量子比特进行精确的纠缠控制是实 现量子计算的难点之一。
量子门的设计
量子门是实现量子计算的基础，设计具有 高保真度和可扩展性的量子门是关键。
量子纠错的实现
由于量子比特的脆弱性，计算过程中可能 会出现错误，因此需要进行错误纠正。
基本思想
利用量子计算机的并行性和干涉特性，量子模拟 算法可以高效地模拟自然界的物理现象和化学反 应。
量子计算机课件(多应用版)
量子计算机课件引言量子计算机是一种新型的计算模型，它利用量子力学的原理进行计算。
与传统的经典计算机不同，量子计算机使用量子比特（qubit）作为其基本信息单位，而经典计算机使用二进制位（bit）。
量子计算机具有并行性和快速解决复杂问题的能力，因此在诸如密码学、材料科学、药物设计等领域具有广泛的应用前景。
第一部分：量子比特和量子门1.1量子比特量子比特是量子计算机中的基本信息单位，与经典计算机中的二进制位类似。
然而，与二进制位只能处于0或1的状态不同，量子比特可以处于0和1的叠加态。
这意味着量子比特可以同时表示0和1，从而实现并行计算。
1.2量子门量子门是量子计算机中的基本操作，用于对量子比特进行操作。
与经典计算机中的逻辑门类似，量子门可以对量子比特的状态进行改变。
常见的量子门包括Hadamard门、CNOT门和T门等。
这些量子门可以组合使用，实现复杂的量子操作。
第二部分：量子算法2.1Shor算法Shor算法是一种重要的量子算法，它可以用于分解大整数。
在经典计算机中，分解大整数是一个困难的问题，需要大量的时间和计算资源。
然而，Shor算法可以在量子计算机上快速解决这一问题，从而对密码学产生重要影响。
2.2Grover算法Grover算法是一种用于搜索问题的量子算法。
它可以在未排序的数据库中快速找到特定的元素。
与经典计算机相比，Grover算法可以减少搜索次数，提高搜索效率。
第三部分：量子计算机的实现技术3.1超导量子比特超导量子比特是一种基于超导电路的量子比特实现技术。
它利用超导材料中的量子现象，实现量子比特的叠加和操作。
超导量子比特具有较长的量子相干时间和可扩展性，是实现大规模量子计算机的候选技术之一。
3.2离子阱量子比特离子阱量子比特是一种基于离子的量子比特实现技术。
它利用电磁场将离子固定在空间中，并通过激光对离子进行操作。
离子阱量子比特具有较长的量子相干时间和高精度的量子操作能力，是实现量子计算机的另一种候选技术。
《量子计算机》课件pptx
pptx•量子计算概述•量子计算机体系结构•量子算法与应用领域•量子编程与开发工具•量子计算机性能评估指标•未来展望与挑战量子计算概述量子计算定义与原理量子计算是利用量子力学中的原理来进行信息处理的新型计算模式。
它采用量子比特作为信息的基本单元，通过量子叠加、量子纠缠等特性实现并行计算，具有在某些特定问题上比传统计算机更高的计算效率。
量子计算的核心思想是利用量子态的叠加性和纠缠性，在相同时间内处理更多信息，从而实现更高效的计算。
量子门是量子计算中的基本操作，类似于传统计算机中的逻辑门。
常见的量子门包括X门、Y门、Z 门、Hadamard门等。
通过不同的量子门组合，可以实现复杂的量子算法和量子程序。
量子比特（qubit）是量子计算的基本单元，与传统计算机中的比特不同，它可以处于0和1的叠加态中。
量子纠缠是量子力学中的一个重要概念，描述了两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联关系。
当两个粒子处于纠缠态时，它们的状态是相互依赖的，无论它们相距多远，对一个粒子的测量都会立即影响到另一个粒子的状态。
量子纠缠在量子通信、量子密码学等领域有着广泛的应用。
量子计算机体系结构量子比特（Qubit）量子计算机的基本单元，与传统计算机的比特不同，它可以同时处于0和1的叠加态。
量子门（Quantum Gates）用于操作量子比特，实现量子计算中的逻辑运算。
量子测量（Quantum Measurement）将量子比特从叠加态坍缩到确定态的过程，获取计算结果。
量子算法（Quantum Algorithms）针对特定问题设计的算法，利用量子计算机的并行性加速计算过程。
量子编程语言（Quantum Programming…用于编写量子计算机程序的编程语言，如Q#、Quipper等。
量子操作系统（Quantum Operating S…管理量子计算机硬件和软件资源的系统，提供用户友好的界面和工具。
IBM 推出的商用量子计算机，采用超导量子比特技术，具有高性能和可扩展性。
大话量子计算机PPT课件
当然，这三种前景看好的计算机，要达到实用化，都有一段路要走。
10
我国量子计算机发展现状
中国科学院院士、我国量子通信与 量子信息技术首席科学家郭光灿教 授预言：１５年到２０年后，世界 首台量子计算机将有望研制成功。
由郭光灿院士领导的课题小组此前 在国际上首次解决了量子密钥分配 过程的稳定性问题，经由实际通信 光路实现了１２５公里单向量子密 钥分配。这是迄今为止国际公开报 道的最长距离的实用光纤量子密码 系统。
8
量子计算机的研究现状
Los Alamos国家实验室的科学家，IBM，加利福尼亚理工学院和牛 津大学的科学家正在共同寻求建造量子计算机的方法。对这些公司和 大学来说，一旦成功的克服所有的困难，量子计算机一定会给他们带 来巨大的收益。
如果试图把量子计算机做成适合日常使用的放在我们桌面上的计算机 是不太现实的。因为它们不是很适合做类似文字处理和收发e-mail的 工作。另一方面，大规模的加密术是量子计算的很好思路，另外，大 规模数据库的建模和检索也是量子计算机能胜任的工作。
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。
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
10
我国量子计算机发展现状
中国科学院院士、我国量子通信与 量子信息技术首席科学家郭光灿教 授预言：１５年到２０年后，世界 首台量子计算机将有望研制成功。
由郭光灿院士领导的课题小组此前 在国际上首次解决了量子密钥分配 过程的稳定性问题，经由实际通信 光路实现了１２５公里单向量子密 钥分配。这是迄今为止国际公开报 道的最长距离的实用光纤量子密码 系统。
8
量子计算机的研究现状
Los Alamos国家实验室的科学家，IBM，加利福尼亚理工学院和牛 津大学的科学家正在共同寻求建造量子计算机的方法。对这些公司和 大学来说，一旦成功的克服所有的困难，量子计算机一定会给他们带 来巨大的收益。
如果试图把量子计算机做成适合日常使用的放在我们桌面上的计算机 是不太现实的。因为它们不是很适合做类似文字处理和收发e-mail的 工作。另一方面，大规模的加密术是量子计算的很好思路，另外，大 规模数据库的建模和检索也是量子计算机能胜任的工作。
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。
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
量子计算机课件
最优化问题求解
量子计算机中的量子叠加和量子纠缠等特性可以用于构造高效的最优化问题求解算法，如 QAOA算法等。这些算法可以在多项式时间内找到满足特定条件的最优解，相比经典计算机 具有更高的计算效率。
机器学习
量子计算机中的量子叠加和量子纠缠等特性可以用于加速机器学习算法的训练过程。例如， 可以利用量子计算机中的量子神经网络进行图像识别、语音识别等任务，相比经典神经网络 具有更高的训练速度和精度。
应用场景
Grover搜索算法在数据库搜索、密码学、优化问题等领域具有潜在应用价值。例如，在数据库搜索中，可以利用 该算法快速查找目标元素；在密码学中，可以利用该算法破解某些加密算法；在优化问题中，可以利用该算法寻 找满足特定条件的最优解。
其他经典问题求解方法
线性方程组求解
利用量子计算机中的量子叠加和量子干涉等特性，可以构造出高效的线性方程组求解算法， 如HHL算法等。这些算法可以在多项式时间内求解出线性方程组的解，相比经典计算机具有 更高的计算效率。
06
挑战、机遇与未来发展趋势
当前面临主要挑战和困难
量子比特稳定性
量子比特极易受环境噪声干扰，保持其稳定性是实现可靠量子计 算的关键挑战。
量子纠错和容错
由于量子比特的不稳定性，需要发展高效的量子纠错和容错技术 来保证计算的准确性。
量子算法和软件开发
尽管已有一些量子算法展示了超越经典计算的能力，但开发更多 实用、高效的量子算法仍是迫切需求。
基于纠缠态的量子密钥分发协议，通 过分发纠缠光子对并在通信双方进行 测量，生成安全的密钥用于加密通信。
远程过程调用和分布式计算中应用
远程过程调用
利用纠缠态的确定性，在分布式 系统中实现远程过程的同步调用，
量子计算机中的量子叠加和量子纠缠等特性可以用于构造高效的最优化问题求解算法，如 QAOA算法等。这些算法可以在多项式时间内找到满足特定条件的最优解，相比经典计算机 具有更高的计算效率。
机器学习
量子计算机中的量子叠加和量子纠缠等特性可以用于加速机器学习算法的训练过程。例如， 可以利用量子计算机中的量子神经网络进行图像识别、语音识别等任务，相比经典神经网络 具有更高的训练速度和精度。
应用场景
Grover搜索算法在数据库搜索、密码学、优化问题等领域具有潜在应用价值。例如，在数据库搜索中，可以利用 该算法快速查找目标元素；在密码学中，可以利用该算法破解某些加密算法；在优化问题中，可以利用该算法寻 找满足特定条件的最优解。
其他经典问题求解方法
线性方程组求解
利用量子计算机中的量子叠加和量子干涉等特性，可以构造出高效的线性方程组求解算法， 如HHL算法等。这些算法可以在多项式时间内求解出线性方程组的解，相比经典计算机具有 更高的计算效率。
06
挑战、机遇与未来发展趋势
当前面临主要挑战和困难
量子比特稳定性
量子比特极易受环境噪声干扰，保持其稳定性是实现可靠量子计 算的关键挑战。
量子纠错和容错
由于量子比特的不稳定性，需要发展高效的量子纠错和容错技术 来保证计算的准确性。
量子算法和软件开发
尽管已有一些量子算法展示了超越经典计算的能力，但开发更多 实用、高效的量子算法仍是迫切需求。
基于纠缠态的量子密钥分发协议，通 过分发纠缠光子对并在通信双方进行 测量，生成安全的密钥用于加密通信。
远程过程调用和分布式计算中应用
远程过程调用
利用纠缠态的确定性，在分布式 系统中实现远程过程的同步调用，
量子计算机-课件(精)
量子计算机-课件(精)contents •量子计算机基础知识•量子计算机硬件架构•量子算法•量子计算机编程语言•量子计算机应用场景•量子计算机发展现状与未来趋势目录01量子计算机基础知识1量子计算机的定义与特点23量子计算机是一种基于量子力学原理进行信息处理的计算机。
量子计算机具有高度并行性、量子态叠加和纠缠等特性。
量子计算机能够解决传统计算机无法处理的复杂问题。
03量子计算机通过量子门操作对量子比特进行操作，实现量子计算。
量子计算机的基本原理01量子比特（qubit）是量子计算机的基本单元，可以处于0和1的叠加态。
02量子比特之间的相互作用可以实现并行计算。
量子计算机在处理大规模信息时具有高度并行性和计算效率优势。
量子计算机在化学、材料科学、人工智能等领域具有广泛的应用前景。
量子计算机目前仍处于发展初期，尚未完全成熟和普及化。
量子计算机在加密和密码破解方面具有天然优势。
量子计算机与传统计算机的比较02量子计算机硬件架构1量子计算机的硬件组成23量子计算机的基本信息处理单元，相当于经典计算机中的二进制位。
量子比特（qubit）量子比特之间的相互作用和控制，相当于经典计算机中的逻辑门。
量子门（quantum g…量子比特之间的关联和纠缠状态，是量子计算机实现并行计算的关键。
量子纠缠（quantum …超导量子计算机概述超导量子计算机是利用超导材料和电路实现量子比特的量子计算机。
超导量子比特的实现利用约瑟夫森结、通量、相位等实现超导量子比特。
超导量子计算机的优点工艺成熟、可扩展性强、易于集成等。
离子阱量子计算机概述离子阱量子计算机是利用离子的能级和电荷相互作用实现量子比特的量子计算机。
离子阱量子比特的实现利用激光束、微波场、电场等实现对离子的控制和操作。
离子阱量子计算机的优点相干时间长、易于隔离、可拓展性强等。
010203概述光子量子计算机是利用光子实现量子比特的量子计算机。
光子量子比特的实现利用光子偏振、路径、角动量等自由度实现光子量子比特。
量子计算机简介(共18张PPT)
传统计算机的电路是建立在一个用固体设备代表二进制数字位（bit，比特）0或者1的基础上的。
许多量子系统能用理做学昆比。特q位u使b用i。t不仅能在相应于传统计算机位的
量可大子能数计 昆 的算比因机特子原最分理简解基单是逻这础的数辑些（一学个中2状 传）例的态 统子一就个0位是传和光统的子难1混可题稳沿，合定两现或条在存路人重在径们叠传普，播遍状而。相信态且，存大也数在能的。因在子换相分解句应不话存于在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用
量子计算机原理基础（2）
实验a：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。
量子计算机简介
第1页，共18页。
经典计算机简介
我们目前所使用的计算机，代表了近年来技术进步的顶点，而这个技术进步萌芽于 Charles Babbage（1791-1871）的早期思想，并且以德国工程师Konrad Zuse 于1941年创造出第一台计算机为开端。 但是令人惊奇的是，现在放在我们面 前的高速现代化的计算机和它庞大的重达30吨的祖先并没有什么本质的区别，而 那台庞大的机器是由18000个真空管和500米的电线构成的！尽管计算机已经变 的更加小巧而且一般来说在执行任务时已经快的多，但是计算机的任务却并没有 改变：把二进制位（0和1）的编码处理并解释为计算结果。每个位都是一个基本 的信息单元，传统上在数字计算机中用0和1代表。每个位的物理实现是通过一个 肉眼可见的物理系统完成的，例如硬盘的磁化或电容器中的电荷。例如，包含n个 字符并储存在计算机硬盘上的文件是通过一串共8n个0和1描述实现的。在这里存 在着传统计算机和量子计算机之间的一个关键的区别。传统计算机遵循着众所周 知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律（特别 是量子干涉）来实现一种信息处理的新模式。
许多量子系统能用理做学昆比。特q位u使b用i。t不仅能在相应于传统计算机位的
量可大子能数计 昆 的算比因机特子原最分理简解基单是逻这础的数辑些（一学个中2状 传）例的态 统子一就个0位是传和光统的子难1混可题稳沿，合定两现或条在存路人重在径们叠传普，播遍状而。相信态且，存大也数在能的。因在子换相分解句应不话存于在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用
量子计算机原理基础（2）
实验a：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。
量子计算机简介
第1页，共18页。
经典计算机简介
我们目前所使用的计算机，代表了近年来技术进步的顶点，而这个技术进步萌芽于 Charles Babbage（1791-1871）的早期思想，并且以德国工程师Konrad Zuse 于1941年创造出第一台计算机为开端。 但是令人惊奇的是，现在放在我们面 前的高速现代化的计算机和它庞大的重达30吨的祖先并没有什么本质的区别，而 那台庞大的机器是由18000个真空管和500米的电线构成的！尽管计算机已经变 的更加小巧而且一般来说在执行任务时已经快的多，但是计算机的任务却并没有 改变：把二进制位（0和1）的编码处理并解释为计算结果。每个位都是一个基本 的信息单元，传统上在数字计算机中用0和1代表。每个位的物理实现是通过一个 肉眼可见的物理系统完成的，例如硬盘的磁化或电容器中的电荷。例如，包含n个 字符并储存在计算机硬盘上的文件是通过一串共8n个0和1描述实现的。在这里存 在着传统计算机和量子计算机之间的一个关键的区别。传统计算机遵循着众所周 知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律（特别 是量子干涉）来实现一种信息处理的新模式。
量子计算机ppt课件
HHL算法可应用于金融、工程 等领域的复杂计算问题，如期 权定价、流体动力学模拟等。
化学模拟问题
VQE算法可应用于新材料的发 现和设计、药物分子的优化等 领域，推动化学和材料科学的
发展。
04
量子计算机性能评估指标
评估指标概述
01
量子计算机性能评估指标是衡量 量子计算机性能的重要标准，用 于评估量子计算机的运算速度、 精度、稳定性等方面的性能。
将经典信息转换为量子态，以及将量子态的测量 结果转换为经典信息的输入输出技术。
量子计算机与外部设备的接口
实现量子计算机与外部设备（如经典计算机、网 络设备等）的通信和数据交换的接口技术。
3
输入输出设备的性能优化
提高输入输出设备的性能，降低对量子计算机运 行效率的影响。
03
量子计算机软件与算法
量子编程语言及开发环境
通过组合不同的量子门，可以实现对
量子门是对量子比特进行操作的基本 单元，类似于经典计算机中的逻辑门 。常见的量子门有Hadamard门、 Pauli门、CNOT门等。
量子计算发展历史及现状
量子计算的概念起源于20世纪80年代，由物理学家费曼提出。随后，科学家们陆续提出了 不同的量子计算模型和算法，如Shor算法、Grover算法等。
产业生态不完善
当前量子计算产业生态尚不成熟，需政府、企业 和科研机构共同努力，推动产业发展。
ABCD
人才短缺
量子计算领域专业人才稀缺，需加强人才培养和 引进。
加强国际合作
量子计算是全球性竞争领域，各国应加强国际合 作与交流，共同推动技术进步和产业发展。
THANKS
感谢观看
难以模拟量子系统
经典计算机难以有效模拟 量子系统的行为。
化学模拟问题
VQE算法可应用于新材料的发 现和设计、药物分子的优化等 领域，推动化学和材料科学的
发展。
04
量子计算机性能评估指标
评估指标概述
01
量子计算机性能评估指标是衡量 量子计算机性能的重要标准，用 于评估量子计算机的运算速度、 精度、稳定性等方面的性能。
将经典信息转换为量子态，以及将量子态的测量 结果转换为经典信息的输入输出技术。
量子计算机与外部设备的接口
实现量子计算机与外部设备（如经典计算机、网 络设备等）的通信和数据交换的接口技术。
3
输入输出设备的性能优化
提高输入输出设备的性能，降低对量子计算机运 行效率的影响。
03
量子计算机软件与算法
量子编程语言及开发环境
通过组合不同的量子门，可以实现对
量子门是对量子比特进行操作的基本 单元，类似于经典计算机中的逻辑门 。常见的量子门有Hadamard门、 Pauli门、CNOT门等。
量子计算发展历史及现状
量子计算的概念起源于20世纪80年代，由物理学家费曼提出。随后，科学家们陆续提出了 不同的量子计算模型和算法，如Shor算法、Grover算法等。
产业生态不完善
当前量子计算产业生态尚不成熟，需政府、企业 和科研机构共同努力，推动产业发展。
ABCD
人才短缺
量子计算领域专业人才稀缺，需加强人才培养和 引进。
加强国际合作
量子计算是全球性竞争领域，各国应加强国际合 作与交流，共同推动技术进步和产业发展。
THANKS
感谢观看
难以模拟量子系统
经典计算机难以有效模拟 量子系统的行为。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
从EPR谈起
然而,自然界是否确实按照量子理论的规律运行? 量子力学的解释是否站得住脚, 自20 世纪20 年代量 子力学建立以来一直是颇有争议的。以爱因斯坦为代 表的一批科学家始终认定量子力学不是完备的理论, 而以玻尔为代表的哥本哈根学派则坚信量子理论的正 确性。
爱因斯坦等人构思了一个由两个粒子组成的一 维系统相互远离的思想实验, 用反证法对量子力学 的完备性提出质疑。
11
玻尔与海森伯在 讨论
玻尔指出: 如果两个子系统A 和B 形成一个总体系, 这个总体系是
由它的波函数来描述的, 那就没有理由说, 分别加以考查的 子系统A和B是什么互不相干的独立存在(实在的状态),即使 这两个子系统在被考查的特定时间在空间上是彼此分隔开的 也不行。因此,认为在后一种情况下,B的实在状况不会受到 任何对A进行量度的(直接)影响,这种论断在量子理论的框架 里是没有根据的,而且(正如这个佯谬所表明的)是不能接受 的。
14
Aspect实验的装置如下:
之后, 随着量子光学的发展, 有更多的实验支持
纽约, 或者更远, 可以认为对粒子1 进行任何物理操
作, 不会立即对粒子2 产生干扰。
7
那么如果在北京测量粒子1 的位置为x, 就意味着
粒子2 的位置为x- a, 如果在北京测得粒子1 的动量
为p , 就意味着粒子2 的动量为- p。由对粒子1 的测
量而推知的粒子2 的x2 和p2 是不对粒子2 作任何干
3
• 现在要问：一秒钟后盒子里的猫是死还是活？既 然放射性粒子是处于０和1的叠加态，那么这只猫 理应处于死猫和活猫的叠加态。这是常理无法理 解的．
• 量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知 道雌猫是死是活，她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们 的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半 死半活？
1
什么是量子计算机
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、储存及处理量子信息的物理装置。当某个装置 处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是 量子计算机。
量子计算机是基于量子比特，即q-bit为存储单元的．
2
从薛定谔猫谈起
薛定谔设想在一个封闭盒子里面有个放射源，它在 每一秒时间内以1／2几率放射出一个粒子。按照量子力 学的叠加性原理，一秒钟后体系处于无粒子态和一个粒 子态的等几率幅叠加态。一旦粒子发射出来，它将通过 一个传动机构将毒药瓶打开，毒气释放后会使盒子里面 的猫立刻死亡。当然，如果无粒子的发射，这一切均不 会发生，猫仍然活着.
12
玻姆(D. Bohm ) 也是主张 量子力学只给微观客体以统计 性描述是不完备的。1953 年他 提出, 有必要引入一附加变量 对微观客体作进一步的描述。 这就是隐变量(h iddenvariabl e) 理论。
1965 年, 贝尔(J. Bell)
在局域隐变量理论的基础上推
导出一个不等式, 人称Bell
( X1 X 2 )(P1 P2 )
由于(x1- x2) 和(p 1+ p 2) 不是一对共轭的力
学量, 不受不确定关系的限制, 它们可以有共同的本
征态, 可以同时准确测量。由此我们可以制备一个量
子态使得x1- x2 的本征值为a, p1+ p 2 的本征值为
0, 设想距离a 非常之大, 如粒子1在北京, 粒子2 在
5
设由粒子1 和粒子2 组成的一维系统, 对于共轭的 力学变量x1 和p1, x2 和p 2, 根据不确定关系有:
X1P1
X 2P2
6
对于这四个变量, 可以用x1+ x2, p1+ p 2, x1x2, p1 - p 2来代替, 其中两对共轭力学量, 有:
( X1 X 2 )(P1 P2 )
扰而获得的值。
8
量子力学???
爱因斯坦等人由此得出结论: 与粒子2 的x2 和p 2 相对
应, 存在两个独立的物理实在要素。但是量子力学理论的不
确定关系, 不能对x1和p1 同时进行精确的测量, 则在测量x1
的同时, 我们连p 2也不能精确测量了, 而x2 和p2 不能同时
确定, 也就不可能具有与之相对应的两个独立的物理实在元
素, 只能有一个物理实在的元素。因此显然存在两个结论二
Hale Waihona Puke 者必居其一: (1) 存在着即时的超距作用, 在测量粒子1 的
位置的同时, 立即干扰了粒子2 的动量; (2) x2 和p2 本来
同时是有精确值的, 只是量子力学的描述不完备。
9
玻尔则持完全相反的看法, 他认为粒子1 和2 之间存 在着量子关联, 不管它们在空间上分得多开, 对其中一个 粒子实行局域操作(如上述的测量) , 必然会立刻导致另 一个粒子状态的改变, 这是量子力学的非局域性。
不等式, 并发现此式与量子力
学的预言是不符的, 因而我们
有可能通过对此式的实验检验,
来判断哥本哈根学派对量子力
学的解释是否正确.
13
为物理学界所普遍认同的第一个最具说服力的检验Bell 不等式的实验是法国巴黎大学的Aspect和他的助手在1982 年做出的, 实验构思十分精巧, 以理想的实验方案测量了 钙原子级联辐射光子对的线偏振关联, 达到从未有过的高 精度, 他们的实验不仅用静态装置实现了EPR 和玻姆的思 想实验, 而且用动态装置实现了对爱因斯坦“可分离性” 即定域性原则的直接检验。实验结果与量子力学预言极为 一致,显示Bell 不等式被违背, 从而推翻了决定论的局域 隐变量理论, 肯定爱因斯坦的观点是错误的。
量子力学是完备的!!!
10
玻尔与爱因 斯坦在争论
EPR 论文发表后的两个月, 玻尔在同一年的《物理评 论》中, 以相同题目—《能认为量子力学对物理实在的述 是完备的吗?》做了回答。玻尔正是针对这个前提进行反 驳。他指出:“对粒子1 的测量正是影响了对确定体系未 来状态所作出的预言类型的条件。”这句话意味着: 对粒 子1 作x1 的测量, 就确定下来对粒子2 未来状态作出预 言的类型, 该状态为x2 而不能为p2, 由于x2 和p 2 是不 能同时确定的, 因此只能确切预言这对共轭变量中的一个, 当然不存在量子力学描述不完备的问题。
从EPR谈起
然而,自然界是否确实按照量子理论的规律运行? 量子力学的解释是否站得住脚, 自20 世纪20 年代量 子力学建立以来一直是颇有争议的。以爱因斯坦为代 表的一批科学家始终认定量子力学不是完备的理论, 而以玻尔为代表的哥本哈根学派则坚信量子理论的正 确性。
爱因斯坦等人构思了一个由两个粒子组成的一 维系统相互远离的思想实验, 用反证法对量子力学 的完备性提出质疑。
11
玻尔与海森伯在 讨论
玻尔指出: 如果两个子系统A 和B 形成一个总体系, 这个总体系是
由它的波函数来描述的, 那就没有理由说, 分别加以考查的 子系统A和B是什么互不相干的独立存在(实在的状态),即使 这两个子系统在被考查的特定时间在空间上是彼此分隔开的 也不行。因此,认为在后一种情况下,B的实在状况不会受到 任何对A进行量度的(直接)影响,这种论断在量子理论的框架 里是没有根据的,而且(正如这个佯谬所表明的)是不能接受 的。
14
Aspect实验的装置如下:
之后, 随着量子光学的发展, 有更多的实验支持
纽约, 或者更远, 可以认为对粒子1 进行任何物理操
作, 不会立即对粒子2 产生干扰。
7
那么如果在北京测量粒子1 的位置为x, 就意味着
粒子2 的位置为x- a, 如果在北京测得粒子1 的动量
为p , 就意味着粒子2 的动量为- p。由对粒子1 的测
量而推知的粒子2 的x2 和p2 是不对粒子2 作任何干
3
• 现在要问：一秒钟后盒子里的猫是死还是活？既 然放射性粒子是处于０和1的叠加态，那么这只猫 理应处于死猫和活猫的叠加态。这是常理无法理 解的．
• 量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知 道雌猫是死是活，她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们 的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半 死半活？
1
什么是量子计算机
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、储存及处理量子信息的物理装置。当某个装置 处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是 量子计算机。
量子计算机是基于量子比特，即q-bit为存储单元的．
2
从薛定谔猫谈起
薛定谔设想在一个封闭盒子里面有个放射源，它在 每一秒时间内以1／2几率放射出一个粒子。按照量子力 学的叠加性原理，一秒钟后体系处于无粒子态和一个粒 子态的等几率幅叠加态。一旦粒子发射出来，它将通过 一个传动机构将毒药瓶打开，毒气释放后会使盒子里面 的猫立刻死亡。当然，如果无粒子的发射，这一切均不 会发生，猫仍然活着.
12
玻姆(D. Bohm ) 也是主张 量子力学只给微观客体以统计 性描述是不完备的。1953 年他 提出, 有必要引入一附加变量 对微观客体作进一步的描述。 这就是隐变量(h iddenvariabl e) 理论。
1965 年, 贝尔(J. Bell)
在局域隐变量理论的基础上推
导出一个不等式, 人称Bell
( X1 X 2 )(P1 P2 )
由于(x1- x2) 和(p 1+ p 2) 不是一对共轭的力
学量, 不受不确定关系的限制, 它们可以有共同的本
征态, 可以同时准确测量。由此我们可以制备一个量
子态使得x1- x2 的本征值为a, p1+ p 2 的本征值为
0, 设想距离a 非常之大, 如粒子1在北京, 粒子2 在
5
设由粒子1 和粒子2 组成的一维系统, 对于共轭的 力学变量x1 和p1, x2 和p 2, 根据不确定关系有:
X1P1
X 2P2
6
对于这四个变量, 可以用x1+ x2, p1+ p 2, x1x2, p1 - p 2来代替, 其中两对共轭力学量, 有:
( X1 X 2 )(P1 P2 )
扰而获得的值。
8
量子力学???
爱因斯坦等人由此得出结论: 与粒子2 的x2 和p 2 相对
应, 存在两个独立的物理实在要素。但是量子力学理论的不
确定关系, 不能对x1和p1 同时进行精确的测量, 则在测量x1
的同时, 我们连p 2也不能精确测量了, 而x2 和p2 不能同时
确定, 也就不可能具有与之相对应的两个独立的物理实在元
素, 只能有一个物理实在的元素。因此显然存在两个结论二
Hale Waihona Puke 者必居其一: (1) 存在着即时的超距作用, 在测量粒子1 的
位置的同时, 立即干扰了粒子2 的动量; (2) x2 和p2 本来
同时是有精确值的, 只是量子力学的描述不完备。
9
玻尔则持完全相反的看法, 他认为粒子1 和2 之间存 在着量子关联, 不管它们在空间上分得多开, 对其中一个 粒子实行局域操作(如上述的测量) , 必然会立刻导致另 一个粒子状态的改变, 这是量子力学的非局域性。
不等式, 并发现此式与量子力
学的预言是不符的, 因而我们
有可能通过对此式的实验检验,
来判断哥本哈根学派对量子力
学的解释是否正确.
13
为物理学界所普遍认同的第一个最具说服力的检验Bell 不等式的实验是法国巴黎大学的Aspect和他的助手在1982 年做出的, 实验构思十分精巧, 以理想的实验方案测量了 钙原子级联辐射光子对的线偏振关联, 达到从未有过的高 精度, 他们的实验不仅用静态装置实现了EPR 和玻姆的思 想实验, 而且用动态装置实现了对爱因斯坦“可分离性” 即定域性原则的直接检验。实验结果与量子力学预言极为 一致,显示Bell 不等式被违背, 从而推翻了决定论的局域 隐变量理论, 肯定爱因斯坦的观点是错误的。
量子力学是完备的!!!
10
玻尔与爱因 斯坦在争论
EPR 论文发表后的两个月, 玻尔在同一年的《物理评 论》中, 以相同题目—《能认为量子力学对物理实在的述 是完备的吗?》做了回答。玻尔正是针对这个前提进行反 驳。他指出:“对粒子1 的测量正是影响了对确定体系未 来状态所作出的预言类型的条件。”这句话意味着: 对粒 子1 作x1 的测量, 就确定下来对粒子2 未来状态作出预 言的类型, 该状态为x2 而不能为p2, 由于x2 和p 2 是不 能同时确定的, 因此只能确切预言这对共轭变量中的一个, 当然不存在量子力学描述不完备的问题。