科學(xué)家展示量子計(jì)算機(jī)的真正工作原理，還成功模擬了特性

科學(xué)家已經(jīng)展示了量子計(jì)算機(jī)的真正工作原理，并成功地在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中模擬了量子計(jì)算機(jī)的特性，結(jié)果應(yīng)該在決定如何建造量子計(jì)算機(jī)方面具有非常重要的意義。建造超高速和強(qiáng)大量子計(jì)算機(jī)的夢(mèng)想再次成為焦點(diǎn)，世界各地的研究都投入了大量資源。瑞典量子計(jì)算機(jī)計(jì)劃將在十年內(nèi)建成，歐盟已將量子技術(shù)指定為其旗艦項(xiàng)目之一。目前，量子計(jì)算機(jī)幾乎沒(méi)有可用的有用算法，但預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將在生物、化學(xué)和物理系統(tǒng)的模擬中具有巨大的意義。

這些系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)都太復(fù)雜了，計(jì)算機(jī)中的位只能取1或0的值，但量子位可以取這兩個(gè)值之間的所有值。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這意味著量子計(jì)算機(jī)不需要對(duì)它們執(zhí)行的每一次計(jì)算進(jìn)行同樣多的運(yùn)算。拉爾森教授和博士生Niklas Johansson，在林雪平大學(xué)電氣工程系信息編碼系，已經(jīng)掌握了量子計(jì)算機(jī)中發(fā)生的事情，以及為什么量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大。其研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Entropy》期刊上。

Jan- ke Larsson教授表示：我們已經(jīng)證明了主要的區(qū)別是量子計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)比特都有兩個(gè)自由度，通過(guò)在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中模擬一個(gè)額外的自由度，可以在量子計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的相同速度運(yùn)行一些算法。研究人員構(gòu)建了一個(gè)模擬工具，量子模擬邏輯（Quantum Simulation Logic，QSL），能夠在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中模擬量子計(jì)算機(jī)的操作。模擬工具包含一個(gè)，也只有一個(gè)，量子計(jì)算機(jī)具有經(jīng)典計(jì)算機(jī)沒(méi)有的特性：作為計(jì)算的一部分，每一位都有一個(gè)額外的自由度。

量子算法

因此，每個(gè)比特都有兩個(gè)自由度：它可以與機(jī)械系統(tǒng)相比，在機(jī)械系統(tǒng)中，每個(gè)部件都有兩個(gè)自由度（位置和速度）。在這種情況下，處理計(jì)算比特——攜帶關(guān)于函數(shù)結(jié)果的信息，以及相位比特——攜帶關(guān)于函數(shù)結(jié)構(gòu)的信息。研究使用模擬工具來(lái)研究一些管理函數(shù)結(jié)構(gòu)的量子算法。其中有幾個(gè)算法在模擬中的運(yùn)行速度與在量子計(jì)算機(jī)中運(yùn)行速度一樣快。結(jié)果表明，量子計(jì)算機(jī)的更高速度來(lái)自它們?cè)谝粋€(gè)額外信息攜帶自由度內(nèi)存儲(chǔ)、處理和檢索信息的能力。

這使得能夠更好地理解量子計(jì)算機(jī)是如何工作的。此外，這些知識(shí)應(yīng)該會(huì)使制造量子計(jì)算機(jī)變得更容易，因?yàn)槲覀冎滥姆N特性對(duì)量子計(jì)算機(jī)按預(yù)期工作最重要。這些門與量子計(jì)算機(jī)中使用的門相似，工具包模擬了量子計(jì)算機(jī)的工作方式。例如，在它的幫助下，可以模擬和理解量子密碼學(xué)和量子隱形傳態(tài)的工作原理，以及一些最常見(jiàn)的量子計(jì)算算法，例如Shor的因式分解算法，該算法在當(dāng)前版本的模擬中工作，但與經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣快或慢。