什么是量子計算機(jī)_量子計算機(jī)原理_量子計算的兩種有效方法

　　什么是量子計算機(jī)

　　量子計算機(jī)是一種可以實現(xiàn)量子計算的機(jī)器，是一種通過量子力學(xué)規(guī)律以實現(xiàn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，處理和儲存信息能力的系統(tǒng)。它以量子態(tài)為記憶單元和信息儲存形式，以量子動力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計算，在量子計算機(jī)中其硬件的各種元件的尺寸達(dá)到原子或分子的量級。

　　量子計算機(jī)的組成

　　量子計算機(jī)和許多計算機(jī)一樣都是由許多硬件和軟件組成的，軟件方面包括量子算法、量子編碼等，在硬件方面包括量子晶體管、量子儲存器、量子效應(yīng)器等。

　　量子計算機(jī)原理

　　量子計算機(jī)（quantum computer）是一種使用量子邏輯進(jìn)行通用計算的裝置。不同於電子計算機(jī)，量子計算用來存儲資料的對象是量子位元，它使用量子演算法來進(jìn)行資料操作。量子計算的原理實際上應(yīng)該分為兩部分。一部分是量子計算機(jī)的物理原理和物理實現(xiàn)；另一部分是量子算法。本文通過引用郭光燦院士的文章來解釋物理部分。

　　以下為引用的文章：

　　量子比特可以制備在兩個邏輯態(tài)0和1的相干疊加態(tài)，換句話講，它可以同時存儲0和1?？紤]一個 N個物理比特的存儲器，若它是經(jīng)典存儲器，則它只能存儲2^N個可能數(shù)據(jù)當(dāng)中的任一個，若它是量子存儲器，則它可以同時存儲2^N個數(shù)，而且隨著 N的增加，其存儲信息的能力將指數(shù)上升，例如，一個250量子比特的存儲器（由250個原子構(gòu)成）可能存儲的數(shù)達(dá)2^250，比現(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)目還要多。由于數(shù)學(xué)操作可以同時對存儲器中全部的數(shù)據(jù)進(jìn)行，因此，量子計算機(jī)在實施一次的運(yùn)算中可以同時對2^N個輸入數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。其效果相當(dāng)于經(jīng)典計算機(jī)要重復(fù)實施2^N次操作，或者采用2^N個不同處理器實行并行操作?？梢?，量子計算機(jī)可以節(jié)省大量的運(yùn)算資源（如時間、記憶單元等）。

　　量子計算的兩種有效算法：

　　1.Shor的算法：采用現(xiàn)有計算機(jī)對數(shù) N（二進(jìn)制長度為 l ogN）做因子分解，其運(yùn)算步驟（時間）隨輸入長度（ l ogN）指數(shù)增長。

　　2.Grover的算法：每查詢一次可以同時檢查所有100萬個號碼。由于100萬量子比特處于疊加態(tài)，量子干涉的效應(yīng)會使前次的結(jié)果影響到下一次的量子操作，這種干涉生成的操作運(yùn)算重復(fù)1000（即 N √）次后，獲得正確答案的幾率為1／2。但若再多重復(fù)操作幾次，那么找到所需號碼的幾率接近于1。

　　量子的示意圖