量子演算法

⑴ 量子計算到底是什麼呢

量子計算：突破傳統計算瓶頸、擁有指數級計算能力。

突破傳統計算瓶頸

計算機發展的瓶頸主要有兩個。首先，隨著晶體管體積不斷縮小，計算機可容納的元器件數量越來越多，產生的熱量也隨之增多。其次，隨著元器件體積變小，電子會穿過元器件，發生量子隧穿效應，這導致了經典計算機的比特開始變得不穩定。

量子計算機的出現，巧妙地解決了計算機發展的瓶頸問題。丁洪說，從原理來看，量子計算機是可逆計算機，不會丟失信息。經典計算機則是不可逆計算機，不可逆計算過程中每個比特的操作都會有熱損耗。

擁有指數級計算能力

中國科學院郭光燦院士曾這樣解釋量子計算機的計算能力。他說，量子比特可以制備兩個邏輯態0和1的相干疊加態，換句話講，它可以同時存儲0和1。考慮一個N個物理比特的存儲器，若它是經典存儲器，則它只能存儲2N個可能數據當中的某一個；若它是量子存儲器，則它可同時存儲2N個數據。而且隨著N的增加，其存儲信息的能力將呈指數級上升。

量子計算不僅可應用於人工智慧領域，提升機器學習效率，還能應對復雜情況，如實現天氣的精準預測。生活中的諸多不便如交通擁堵，也能依靠其演算法解決。

「（量子計算）發展非常迅速。」丁洪說，以前普遍認為量子計算機是三、五十年之後才能出現的。按照現在的發展速度，可能三五年後就會出現。</p><p>目前谷歌、微軟、英特爾、IBM、阿里巴巴等國際巨頭都積極參與到量子計算機的研究中。2017年12月13日，IBM宣布將與三星、摩根大通和巴克萊銀行等12家主要公司合作，共同開發商用量子計算。

⑵ 量子計算，量子信息技術，要學什麼專業

需要學量子計算機專業。

量子計算機研究意義：

研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然一新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算機無法解決的問題。

量子計算機理論上具有模擬任意自然系統的能力，同時也是發展人工智慧的關鍵。由於量子計算機在並行運算上的強大能力，使它有能力快速完成經典計算機無法完成的計算。這種優勢在加密和破譯等領域有著巨大的應用。

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難點：

1、量子糾纏

量子作為最小的顆粒，遵守量子糾纏規律。即使在空間上，量子之間可能是分開的，但是量子間的相互影響是無法避免的。介於此，量子糾纏技術被聯想到量子信息的傳遞領域。在一定意義上，利用量子之間飛快的交流速度從而實現信息的傳遞。

2、量子並行計算

量子計算機獨特的並行計算是經典計算機無法比擬的重要的一點。同樣是一個n位的存儲器，經典計算機存儲的結果只有一個。但是量子計算機存儲的結果可達2n。

其並行計算不僅在存儲容量上遠超越了後者，而且讀取速度快，多個讀取和計算可同時進行。正是量子並行計算的重要性，它的有效應用也成為了量子計算機發展的關鍵之一。

⑶ 量子計算為什麼強大

一個超級計算機需要一百年的計算，換成量子計算機的話，理論上只要0.02秒的時間。

⑷ 什麼是「量子演算法」

現在的計算機普遍使用二進制代碼進行運算，受制於二進制代碼所攜帶的數據量。
由於量子力學中討論基本粒子的行為時有不確定性原理存在，所以一個量子單位會有兩種以上的疊加狀態，這樣它所攜帶的信息量會遠遠大於二進制代碼。
而基於量子疊加原理的某個指令集，會遠遠超過同樣二進制代碼的指令集的復雜程度。稱之為「量子演算法」
現在對量子演算法的應用非常非常初級，前年才推出：量子加密技術，由於疊加態的復雜遠遠高於二進制。所以量子密碼幾乎是無法破解的。
舉個例子：一個標准128位元密碼（類似美國國防部密碼）用窮舉法破解的話需要千年的時間，但同樣的量子密碼則需要幾乎是超出宇宙年齡的時間去破解
在國防和保密上有著重要的意義。
還有一種利用兩個相互分開一定距離的量子互相糾纏來嘗試超光速的瞬時通信我們稱之為「超距作用」。他的作用就好比原來地球打一個電話到太陽，即使信號是光速傳遞，也有八分鍾的延遲。超距作用幾乎是瞬時的。對未來人類恆星際之間通信有著莫大的作用。
但可惜的是現在只完成單個原子的量子糾纏，且暫時無法利用量子糾纏來傳遞任何信息。

⑸ 世量子計算方面，最強的是中國還是美國

目前，在量子科學領域，中國和美國正在爭奪霸權，總體上，中國和美國領先於世界其他國家。中美在量子科學領域誰強誰弱？韓國KBS電視台10月24日做了相應報道，認為中國在量子通信領域排名世界第一，領先於美國，但就整體量子計算而言，美國優於中國。

其他國家整體落後於中國和美國，各地區各有所長。歐洲在量子計算方面的科研成果很多，而日本、韓國、新加坡等國家則以量子通信為主，但只涉足量子計算的研發。

⑹ 量子計算是如何工作的呢

量子計算機根據物體在被測量前狀態的概率進行計算——而不是僅僅1或0——這意味著它們有潛力處理比傳統計算機指數級更多的數據。

量子計算的霸權就目前而言，經典技術可以處理任何交給量子計算機的任務。量子優勢是指量子計算機超越經典計算機的能力。一些公司，如IBM和谷歌，聲稱我們可能已經接近了，因為他們繼續把更多的量子位堆積在一起，並製造出更精確的設備。

並不是每個人都相信量子計算機值得付出努力。一些數學家認為，有些障礙實際上是不可能克服的，所以使量子計算有可能是永遠無法觸及的。

⑺ 量子計算含義

量子計算機是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備。 通用的量子計算機，其理論模型是用量子力學規律重新詮釋的通用圖靈機。從可計算的問題來看，量子計算機只能解決傳統計算機所能解決的問題，但是從計算的效率上，由於量子力學疊加性的存在，目前某些已知的量子演算法在處理問題時，速度要快於傳統的通用計算機。

量子力學態疊加原理使得量子信息單元的狀態可以處於多種可能性的疊加狀態，從而導致量子信息處理從效率上相比於經典信息處理具有更大潛力。普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機中的2位量子位（qubit）寄存器可同時存儲這四種狀態的疊加狀態。隨著量子比特數目的增加，對於n個量子比特而言，量子信息可以處於2種可能狀態的疊加，配合量子力學演化的並行性，可以展現比傳統計算機更快的處理速度。

量子位
量子位（qubit）是量子計算的理論基石。在常規計算機中，信息單元用二進制的 1 個位來表示，它不是處於「 0」 態就是處於「 1」 態. 在二進制量子計算機中，信息單元稱為量子位，它除了處於「 0」 態或「 1」 態外，還可處於疊加態（superposed state）。

疊加態是「 0」 態和「 1」 態的任意線性疊加，它既可以是「 0」 態又可以是「 1」 態，「 0」 態和「 1」 態各以一定的概率同時存在. 通過測量或與其它物體發生相互作用而呈現出「 0」 態或 「 1」 態.任何兩態的量子系統都可用來實現量子位，例如氫原子中的電子的基態（ground state）和第 1激發態（first excited state)、 質子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、圓偏振光的左旋和右旋等。

一個量子系統包含若干粒子，這些粒子按照量子力學的規律運動，稱此系統處於態空間的某種量子態。這里所說的態空間是指由多個本徵態（eigenstate) （即基本的量子態）所張成的矢量空間，基本量子態簡稱基本態（basic state）或基矢（basic vector) . 態空間可用Hilbert 空間（線性復向量空間）來表述，即Hilbert 空間可以表述量子系統的各種可能的量子態.為了便於表示和運算，Dirac提出用符號|x〉 來表示量子態，|x〉 是一個列向量，稱為ket ；它的共軛轉置（conjugate t ranspose) 用〈x|表示，〈x|是一個行向量，稱為bra.一個量子位的疊加態可用二維Hilbert 空間（即二維復向量空間）的單位向量來描述，其簡化的示意圖如右圖所示.

疊加原理
把量子考慮成磁場中的電子。電子的旋轉可能與磁場一致，稱為上旋轉狀態，或者與磁場相反，稱為下旋狀態。如果我們能在消除外界影響的前提下，用一份能量脈沖能將下自旋態翻轉為上自旋態；那麼，我們用一半的能量脈沖，將會把下自旋狀態制備到一種下自旋與上自旋疊加的狀態上（處在每種狀態上的幾率為二分之一）。對於n個量子比特而言，它可以承載2的n次方個狀態的疊加狀態。而量子計算機的操作過程被稱為幺正演化，幺正演化將保證每種可能的狀態都以並行的方式演化。這意味著量子計算機如果有500個量子比特，則量子計算的每一步會對2^500種可能性同時做出了操作。2^500是一個可怕的數，它比地球上已知的原子數還要多（這是真正的並行處理，當今的經典計算機，所謂的並行處理器仍然是一次只做一件事情）。

⑻ 量子計算的基本原理

量子的重疊與牽連原理產生了巨大的計算能力。普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機中的2位量子位（qubit）寄存器可同時存儲這四個數，因為每一個量子比特可表示兩個值。如果有更多量子比特的話，計算能力就呈指數級提高。 量子位（qubit）是量子計算的理論基石。在常規計算機中，信息單元用二進制的 1 個位來表示，它不是處於「 0」 態就是處於「 1」 態. 在二進制量子計算機中，信息單元稱為量子位，它除了處於「 0」 態或「 1」 態外，還可處於疊加態（super posed state) . 疊加態是「 0」 態和「 1」 態的任意線性疊加，它既可以是「 0」 態又可以是「 1」 態，「 0」 態和「 1」 態各以一定的概率同時存在. 通過測量或與其它物體發生相互作用而呈現出「 0」 態或 「 1」 態.任何兩態的量子系統都可用來實現量子位，例如氫原子中的電子的基態（gro und state）和第 1 激發態（f irstex cited state)、 質子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圓偏振光的左旋和右旋等。
一個量子系統包含若干粒子，這些粒子按照量子力學的規律運動，稱此系統處於態空間的某種量子態.態空間由多個本徵態（eigenstate) （即基本的量子態）構成，基本量子態簡稱基本態（basic state）或基矢（basic vector) . 態空間可用Hilbert 空間（線性復向量空間）來表述，即Hilbert 空間可以表述量子系統的各種可能的量子態.為了便於表示和運算，Dirac提出用符號 x〉 來表示量子態，x〉 是一個列向量，稱為ket ；它的共軛轉置（conjugate t ranspose) 用〈 x 表示，〈 x 是一個行向量，稱為bra.一個量子位的疊加態可用二維Hilbert 空間（即二維復向量空間）的單位向量 〉 來描述，其簡化的示意圖如右圖所示. 量子計算將有可能使計算機的計算能力大大超過今天的計算機，但仍然存在很多障礙。大規模量子計算所存在的一個問題是，提高所需量子裝置的准確性有困難。
世界上第一台商用量子計算機
加拿大量子計算公司D-Wave於2011年5月11日正式發布了全球第一款商用型量子計算機「D-Wave One」，量子電腦的夢想距離我們又近了一大步。D-Wave公司的口號就是——「Yes,you can have one.」。其實早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用實用型量子計算機「Orion」（獵戶座），不過嚴格來說當時那套系統還算不上真正意義的量子計算機，只是能用一些量子力學方法解決問題的特殊用途機器。
時隔四年之後，D-Wave One終於脫胎換骨、正式登場。它採用了128-qubit（量子比特）的處理器，四倍於之前的原型機，理論運算速度已經遠遠超越現有任何超級電子計算機。另外，D-wave公司將會在2013年1月將其升級至512量子比特。不過呢，也別太興奮，這個大傢伙現在還只能處理經過優化的特定任務，通用任務方面還遠不是傳統硅處理器的對手，而且編程方面也需要重新學習。 另外，為盡可能降低qubit的能級，需要利用低溫超導狀態下的鈮產生qubit，D-Wave 的工作溫度需保持在絕對零度附近（20 mK） 。
最後就是價格，2011年，NASA和Google分別以約一千萬美元購置了一台512位qubit的D-Wave量子計算機 。這絕對是天價中的天價了，不過也是新技術開端的必然，就像當初的第一台電子計算機ENIAC造價就有40萬美元（二十世紀四十年代的40萬美元）。