量子计算机

量子计算机 （正體）

布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子电脑的基础。

量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间而资料量也变得庞大。一个完好的模拟所需的运算时间则变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从而量子计算机的概念诞生。

量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题，除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。

半导体靠控制集成电路来记录及运算资讯，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算资讯。
1994年，贝尔实验室的专家彼得·修尔（Peter Shor）证明量子电脑能做出对数运算，而且速度远胜传统电脑。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子电脑，就能解开1024位元电脑花上数十年解决的问题。

量子计算机的基本概念

量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：

1. 其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，
   即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。
2. 经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits））,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的正变换。因此量子计算机的特点为:

1. 量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；
2. 量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。

由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

目前发展的系统

包括如下物理系统：

• 液态核磁共振量子电脑(liquid-state NMR quantum computer)
• (固态)硅晶体核磁共振量子电脑(silicon-based NMR quantum computer)
• 离子陷阱(ion trap)
• 量子光学(quantum optics)
• 腔室量子电动力学(cavity QED)
• 超导体方案

等等方法，各自有各自的瓶颈。

关于在台湾的名称

在台湾，由于人们习惯上将电子计算机称为“电脑”，所以许多人往往沿用其名称而将量子计算机称为“量子电脑”。因而，在台湾两种名称皆可见到，不过后者使用得更多。

事实上在台湾，“计算机”指的是Calculator，就是一般店员在卖东西时，计算简单加减乘除用的那种巴掌大的计算工具。台湾人由于电子工业发展得早，1970年代就大量使用“计算机”这种方便的工具来做商业计算，对应到Computer时，当然不能用“计算机”来称呼这种能够复杂运算的新产品了，于是台湾人说的“电脑”，指的是像Intel/AMD的x86类CPU或Macintosh的PowerPC/Intel MAC这种有着复杂运算的机器。

香港与台湾一样也称Computer为“电脑”。

关于在中国大陆的名称

在中国大陆地区，Computer可以称为“计算机”或者“电脑”。其中“电脑”更为广泛的指家用电脑，而“计算机”更多的指具有科研等目的专业、非多媒体计算机。由于量子技术还处于起步阶段，只能在实验室见到，故多称“量子计算机”而非“量子电脑”。

Calculator被称为“计算器”，而非“计算机”。在中文中，“器”多指具有简单结构、功能的物件；而“机”多指具有复杂结构、功能的物件。因此，“计算器”和“计算机”能很直接的区别calculator和computer。

相关条目

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外部链接

◇ 破解 RSA 算法的原由 ---- 有关量子电脑的说明(繁体)

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