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什么是量子计算机,量子计算机原理

来源:整理 时间:2022-04-07 17:40:15 编辑:华为40 手机版

量子计算机是如何工作的?

量子计算机是如何工作的

当量子力学与电子计算机相遇,于是就诞生了量子计算机。首先来说电子计算机在处理信息上都是采用2进制,也就是1、0,计算机的最小单位是比特,因为计算机是二进制,所以这一比特要么就是1,要么就是0,不存在其他的选项,例如信息:1010,其中就包含了4个比特,8个比特组成1B,1024B等于1K,1024K等于1M,1024M等于1G以此类推。

什么是量子计算?量子计算利用了亚原子粒子的特性不可分割性和不可复制性,量子纠缠和并行计算能力,可以比传统计算机更快地完成运算并且使用更少的能量。量子计算机怎样工作?传统计算机使用晶体管的特性(类似于开关),其有两种状态,要么开,要么关。这个基本的一个单位,我们称之为比特,在数学上,可以用二进制的0、1来表示。

这是计算机最底层硬件的信息表示方式。而量子计算机,使用量子“叠加”、“纠缠“、”干涉”的物理特性,进行计算而设计的硬件。相对于传统计算机的二进制,量子计算机需要特殊的算法来实现数学的运算。为什么要发展量子计算机?我们知道传统的计算机的二进制计算依靠的是芯片里的晶体管,简单的理解为通电代表1,断电代表0。

现代的计算机晶体管虽然越来越小,要提高计算能力只能不停叠加晶体管,集成度很高,但数量很庞大,需要消耗大量的能量,这就导致科学界发展光子计算、生物计算、量子计算等领域解决大量的能源消耗和摩尔定律导致的计算能力瓶颈问题。量子计算机与现有计算机的操作原理完全不同,这使得它们非常适合解决特定的数学问题,例如找到非常大的质数。

量子通讯和量子计算机是基于什么原理?是科学突破还是惊天骗局?

量子通讯和量子计算机是基于什么原理是科学突破还是惊天骗局

量子通信和量子计算基于的都是量子力学原理。量子力学是现代物理学最重要的理论基础,没有之一,相对论只能排第二。量子力学诞生于20世纪20年代,历经近一百年,已经深深地影响了人类文明进程,除了彻底改变了物理学之外,在技术上已经深入到人类生活方方面面,以量子力学为理论基础发明的半导体集成电路,激光器,磁存储介质等,是信息革命的源泉,是我们今天能使用到电脑,手机,互联网的根本原因。

如果说量子力学在第一次信息革命中的角色还是幕后的大boss,那么量子通信和量子计算机就相当于让这个boss走向前台,开启第二次信息革命。网上一帮人口口声声“惊天骗局”,实际上都是对现代物理学的无知造成的。没有常识的人太多了,就跟现在仍然有人认为阿波罗登月是惊天骗局一样,还有人认为生物演化是惊天骗局,更夸张的是还有一帮人认为地球是球也是惊天骗局,搞出一个奇葩的“地平说学会”。

最后回答一下量子通信中量子密钥的问题。请记住,目前实用化的量子通信,即量子密钥分发,并没有用到量子纠缠,而是采用的单个光量子的传输和测量方案,就是著名的BB84协议,由美国物理学家Bennett和加拿大密码学家Brassard在1984年提出。当然纠缠本身也可以用来传密钥,即E91协议,但是效率比BB84协议差很多,并没有实用化,而这里密钥恰恰是需要通过测量破坏纠缠的那一刻生成的。

文章TAG:量子计算机原理

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