構(gòu)成量子計算基礎(chǔ)的四個關(guān)鍵概念的詳細解析

量子計算是一種令人興奮的全新計算模式，它不同于當(dāng)前數(shù)據(jù)中心、云環(huán)境、PC和其它設(shè)備中的數(shù)字計算。數(shù)字計算需要把數(shù)據(jù)編碼為二進制數(shù)字（比特位），每個比特位處于兩個確定狀態(tài)中的一個（0或1）。然而，量子計算使用量子位，后者可以同時處于多個狀態(tài)。因此，量子位上的操作可以實現(xiàn)并行的大量計算。

從本質(zhì)上說，量子計算就是并行計算的終極目標，有著攻克傳統(tǒng)計算機無解難題的巨大潛力。例如，例如，量子計算機可以模擬自然環(huán)境來推進化學(xué)、材料科學(xué)和分子建模等領(lǐng)域的科研工作。

下面是構(gòu)成量子計算基礎(chǔ)的四個關(guān)鍵概念。

一. 疊加

如果把經(jīng)典物理學(xué)看作一枚硬幣，那么這枚硬幣不是反面就是正面。比特位類似于此，不是0就是1。在量子物理學(xué)中，這枚硬幣就像持續(xù)旋轉(zhuǎn)中的硬幣，同時代表正面和方面。因此，量子位可以同時是0和1，同時上下旋轉(zhuǎn)。

量子態(tài)：同時代表多個經(jīng)典狀態(tài)

二. 糾纏

糾纏讓量子計算能夠指數(shù)級擴展。如果一個量子位同時代表兩個狀態(tài)，兩個量子位結(jié)合起來就可以代表四個狀態(tài)。它們不再被獨立看待，而是形成糾纏在一起的超級狀態(tài)。隨著更多量子位鏈接到一起，狀態(tài)的數(shù)量呈指數(shù)級增長，能夠為計算機實現(xiàn)天文數(shù)字般的計算能力。

兩個量子位不再被獨立看待，它們形成超級狀態(tài)

三.脆弱性

量子態(tài)非常脆弱。測量、觀察、接觸或擾亂任何這些狀態(tài)，它們就會坍塌成經(jīng)典狀態(tài)。這些狀態(tài)不會堅持很長時間，這也就是為什么目前很難制造量子計算機。

如果被噪聲或測量所干擾，量子態(tài)會坍塌成經(jīng)典態(tài)

四.不可克隆

脆弱性的一個推論是“不可克隆定理”。在經(jīng)典物理中，如果兩個比特位由下面的硬幣來表示，人們可以復(fù)制或竊聽和重新創(chuàng)建該信息。相比之下，如果人試圖觀察或復(fù)制一套量子位中的糾纏信息，則這些信息會丟失。量子態(tài)無法在發(fā)送者或接收者不知情的情況下被復(fù)制。這個概念是量子通信的基礎(chǔ)。

無法在不破壞量子態(tài)的情況下復(fù)制、攔截或竊取

量子計算可以大幅提升性能，有望解決當(dāng)前的計算機無法解決的具體復(fù)雜問題。真正的量子計算機仍處于初級發(fā)展階段，但量子計算有望解決復(fù)雜的模擬問題，例如大規(guī)模金融分析和更高效的藥品開發(fā)。