量子計(jì)算機(jī)的工作原理是什么

在科技發(fā)展的如此迅速的今天，量子計(jì)算機(jī)相信大家也不會(huì)陌生吧。這種計(jì)算機(jī)的目的是用來(lái)。研究解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。遵循著量子力學(xué)規(guī)律的它，在我們現(xiàn)實(shí)中它被運(yùn)用到很多加密解除計(jì)劃的領(lǐng)域當(dāng)中。所以如果大家想了解一下它的工作原理的話，不妨看學(xué)習(xí)啦小編給今天給大家?guī)?lái)的以下知識(shí)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：

就是用量子比特代替原來(lái)的普通比特。

從物理層面上來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子(比如質(zhì)子核磁共振)或者偏振方向受控的光子(學(xué)校實(shí)驗(yàn)大多用這個(gè))等等作為載體。當(dāng)然從理論上來(lái)看任何一個(gè)多能級(jí)系統(tǒng)都可以作為量子比特的載體。

從計(jì)算原理上來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)既可以是離散的本征態(tài)(如傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一樣)，也可以是疊加態(tài)(幾種不同狀態(tài)的幾率疊加)，對(duì)信息的操作從傳統(tǒng)的“和”，“或”，“與”等邏輯運(yùn)算擴(kuò)展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態(tài)或某個(gè)本征態(tài)。所以量子計(jì)算機(jī)會(huì)更加靈活，并能實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。

要解釋細(xì)節(jié)的話有些麻煩， 給你些關(guān)鍵詞可以去查：

1. 量子態(tài)， quatum State

2. 量子疊加態(tài)， Quantum superposition

3， 量子比特， Qubit

4, 幺正變換 Unitary Transformation

5， 量子邏輯， Quantum Logic

6, 量子門， Quantum Gate (對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的邏輯門，其實(shí)就是一些特殊的正變換)

7, 量子算法， quantum Algorithm (當(dāng)然量子計(jì)算機(jī)也能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的算法)

8, 然后關(guān)于從物理層面如何實(shí)現(xiàn)的最好從量子光學(xué)開始， 因?yàn)槠竦墓庾邮亲詈?jiǎn)單的。

深層來(lái)說(shuō)：

普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)在0和1的二進(jìn)制系統(tǒng)上運(yùn)行，稱為“比特”(bit)。但量子計(jì)算機(jī)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)更為強(qiáng)大。它們可以在量子比特(qubit)上運(yùn)算，可以計(jì)算0和1之間的數(shù)值。假想一個(gè)放置在磁場(chǎng)中的原子，它像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)，于是它的旋轉(zhuǎn)軸可以不是向上指就是向下指。常識(shí)告訴我們：原子的旋轉(zhuǎn)可能向上也可能向下，但不可能同時(shí)都進(jìn)行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態(tài)的總和，一個(gè)向上轉(zhuǎn)的原子和一個(gè)向下轉(zhuǎn)的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使用所有不可思議狀態(tài)的總和來(lái)描述。

想象一串原子排列在一個(gè)磁場(chǎng)中，以相同的方式旋轉(zhuǎn)。如果一束激光照射在這串原子上方，激光束會(huì)躍下這組原子，迅速翻轉(zhuǎn)一些原子的旋轉(zhuǎn)軸。通過(guò)測(cè)量進(jìn)入的和離開的激光束的差異，我們已經(jīng)完成了一次復(fù)雜的量子“計(jì)算”，涉及了許多自旋的快速移動(dòng)。

從數(shù)學(xué)抽象上看，量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行以集合為基本運(yùn)算單元的計(jì)算，普通計(jì)算機(jī)執(zhí)行以元素為基本運(yùn)算單元的計(jì)算(如果集合中只有一個(gè)元素，量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算沒(méi)有區(qū)別)。

以函數(shù)y=f(x)，x∈A為例。量子計(jì)算的輸入?yún)?shù)是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A);經(jīng)典計(jì)算的輸入?yún)?shù)是x，得到輸出值y，要多次計(jì)算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。

量子計(jì)算機(jī)有一個(gè)待解決的問(wèn)題，即輸出值域B只能隨機(jī)取出一個(gè)有效值y。雖然通過(guò)將不希望的輸出導(dǎo)向空集的方法，已使輸出集B中的元素遠(yuǎn)少于輸入集A中的元素，但當(dāng)需要取出全部有效值時(shí)仍需要多次計(jì)算。

看完如此眾多的知識(shí)之后。我知道大家對(duì)量子計(jì)算機(jī)更深入的了解了不少。我希望大家在通過(guò)這樣的了解之后，能夠?qū)@種高層次的計(jì)算機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。因?yàn)檫@種計(jì)算機(jī)，給?？茖W(xué)界帶來(lái)不少的好處。有興趣更深一步專研的你們，希望能夠繼續(xù)利用這種計(jì)算機(jī)的潛力，更進(jìn)一步地投入到科學(xué)發(fā)展當(dāng)中。