量子计算学习心得

量子计算学习心得

基于AlanTuring理论发展起来的现代计算机科学在近几十年中取得惊人的发展,计算机硬件能力在20世纪60年代后的几十年时间里以近似Moore定律成长。随着电路集成度的提高,进一步提高芯片集成度已极为困难。当集成电路的线宽在0.1μm以下时,电子的波动性质便明显地显现出来。这种波动性就是量子效应。为此,多数观察家预期Moore定律将在21世纪前二十年内结束,人们在考虑替代当前计算机的新途径。物理学方面,自MaxPlanck在1900年提出量子假说以来,量子力学给人类生活带来翻天覆地的变化,改变了经典物理学对世界的认知方式。Moore定律最终失效问题的一个可能解决办法是采用不同的计算模式,量子计算理论就是这类模式的一种。但是直到1982年,才由Benioff和Feynman发现了将量子力学系统用于推理计算的可能;1985年Deutsch提出第一个量子计算模型。由此,量子计算迅速吸引了全世界研究者的注意并成为一门具有巨大潜力的新学科。

量子计算是应用量子力学原理来进行有效计算的新颖计算模式,它利用量子叠加性、纠缠性和量子的相干性实现量子的并行计算。量子计算从本质上改变了传统的计算理念。

量子计算发挥作用的前提是量子计算的物理实现,即量子计算机的构建。虽然量子计算机的实现原则上已没有不可逾越的障碍,但技术上的实现却遇到严重的困难。无论是量子并

行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性,但在实际系统中量子相干性很难保持。此外,量子的纠缠状态也很容易崩溃,且粒子数目越多,实现纠缠状态就越困难。要制造出实用的量子计算机,就必须使更多的粒子实现纠缠状态。

在量子算法方面,自Shor因子分解和Grover搜索算法提出后,虽然各国众多的研究者在该领域进行了大量的研究,但迄今为止,还没有发现其他解决经典问题的新量子算法。一方面是因为无论经典算法还是量子算法,算法设计本身就不容易,更何况要设计出超过最好的现有经典算法的量子算法就更显不易;另一方面,量子计算机上能提供相对经典计算机进行加速的问题可能本来就不多,而已经发现了其中的大部分重要算法;此外,量子计算机与人们的直觉相差太远,在过去几十年中发现传统经典算法的经验对于如何发现和寻找量子算法毫无帮助,

即使存在对很多问题有效的量子算法,也很难找出。

在目前量子计算机还未进入实际应用的情况下,量子计算的研究重点包括:a)计算的物理实现。提高量子体系中相干操控的能力,实现更多的量子纠缠状态。

b)研究新的量子算法。目前还有很多经典算法无法解决的难题,研究新的能解决这些难题的量子算法是一个重要方向。c)增强现有量子算法的实用性和扩展现有量子算法的应用范围,如将量子Fourier变换的应用推广到解决隐含子群问题以及更广的范围,将Grover算法体系扩展到二维和多维搜索域等。

量子计算正在新型计算中发挥更大的作用。