最初引起我興趣的是看到一臺(tái)臺(tái)式機(jī)大小的量子計(jì)算機(jī)的理論計(jì)算速度是美洲虎(2009年世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī))的10億倍。被性能誘惑的我開(kāi)始了量子計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)旅程

讓我們從計(jì)算機(jī)的思維開(kāi)始:
      計(jì)算機(jī)的本質(zhì)是一個(gè)物理系統(tǒng)。它以T0時(shí)間作為出發(fā)點(diǎn),經(jīng)過(guò)時(shí)間delta,達(dá)到T1的狀態(tài),我們稱T1時(shí)刻這個(gè)物理系統(tǒng)的狀態(tài)是運(yùn)算結(jié)果,T0是初始狀態(tài),中間的物理變化就是運(yùn)算過(guò)程。量子計(jì)算機(jī)的本質(zhì)也是物理系統(tǒng),符合同樣的概念。

人類早期以家族聚居時(shí)就已經(jīng)學(xué)會(huì)了量化,他們用石頭的數(shù)量來(lái)標(biāo)記獵物的數(shù)量。計(jì)算的現(xiàn)象誕生
接著人們形成了部落,打獵的數(shù)量越來(lái)越多,于是人們開(kāi)始尋找更好的表示數(shù)字的東西,結(jié)繩計(jì)數(shù)與刻畫(huà)計(jì)數(shù)以及算盤(pán)誕生。此時(shí)數(shù)字信號(hào)已經(jīng)可以被長(zhǎng)久記錄,小型的計(jì)算量出現(xiàn)
再然后,人們形成了國(guó)家,計(jì)量金錢(qián)與貨物的更加復(fù)雜的計(jì)數(shù)方式誕生---以多個(gè)結(jié)繩表示,并在同一時(shí)期出現(xiàn)了語(yǔ)言可直接表述的古希臘數(shù)字,比如I,II,II,IV,V。。。等等。此時(shí)較大規(guī)模的計(jì)算開(kāi)始萌芽
后來(lái)世界統(tǒng)一了計(jì)數(shù)方式,采用統(tǒng)一的阿拉伯?dāng)?shù)字1,2,3,4。。。,同一時(shí)期----數(shù)學(xué)推論爆炸
再后。。。大家都知道事情我就不說(shuō)了

計(jì)數(shù)能力越來(lái)越高,需要的計(jì)算能力也越來(lái)越高。計(jì)算機(jī)誕生于大約1910年左右,經(jīng)過(guò)這100年左右的發(fā)展,演變成為你我今天手中或者辦公桌上的電子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算機(jī)是一種比普通電子計(jì)算機(jī)更加精確何快速的物理系統(tǒng)。它擁有計(jì)數(shù)與計(jì)算的能力,而且能力更(verry)強(qiáng),所以量子計(jì)算將會(huì)成為未來(lái)計(jì)算的一種趨勢(shì)。
量子計(jì)算機(jī)有兩個(gè)已知的缺點(diǎn)(同時(shí)也是優(yōu)點(diǎn)):
1.量子糾纏特性難以控制;
2.計(jì)算的不可恢復(fù)性;因?yàn)樗倪\(yùn)算單元太小,經(jīng)典計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)可恢復(fù),因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)歷史可追蹤,而量子不行

量子計(jì)算機(jī)為何比普通計(jì)算機(jī)快?
1、普通計(jì)算機(jī)受到存儲(chǔ)I/O限制,速度增長(zhǎng)遇到瓶頸。
普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算中心本質(zhì)上是電子元件構(gòu)成的邏輯單元,電子計(jì)算機(jī)的頂峰性能就是所有邏輯單元只需要幾個(gè)電子,此時(shí)已經(jīng)不能在壓縮。根據(jù)摩爾定律計(jì)算機(jī)的性能每18個(gè)月翻一番,計(jì)算機(jī)的體積每18個(gè)月縮小一倍。電子計(jì)算機(jī)的性能不久以后就會(huì)達(dá)到極限。
2、量子的本質(zhì)比電子小得多(電子的大小是量子大小的1000倍-100萬(wàn)倍),量子計(jì)算機(jī)的空間占用量更小,同種體積限制條件下,邏輯單元要多出許多。
3、量子特有的糾纏特性,使得量子在數(shù)的表示能力方面呈幾何級(jí)增長(zhǎng)(也就是n個(gè)量子的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力為2的n次方)。量子在同一時(shí)刻具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分量,這不同于電子同一時(shí)刻只有一種物理特性,即要么是“+”,要么是因此“-”。量子的特性用波函數(shù)表示(抱歉,沒(méi)法插入特殊字符),假設(shè)一個(gè)量子的的波函數(shù)滿足 fine(sigma) ,則其中fine(sgma) = alfa*fine(alfa) + beta * fine(beta). alfa和beta是該量子在不同方向的運(yùn)動(dòng)分量,fine是他們各自的波函數(shù)。(稍后解釋),量子在同一時(shí)刻的狀態(tài)由兩個(gè)相互背離的“粒子”決定(即在三維坐標(biāo)空間上它以一定概率向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),但同時(shí)也以另一個(gè)概率向完全不同的另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng))。由于量子的這種精神分裂癥,它在同一時(shí)刻可以表示兩種狀態(tài),因此提供給我們的計(jì)算機(jī)會(huì)更多。

解釋波函數(shù):量子的糾纏特性是指量子在同一時(shí)刻存在兩個(gè)可能的狀態(tài)(我們知道光子具有波粒二象性,光子就是一種量子,它在某一個(gè)固定時(shí)刻的物理狀態(tài)是不確定的),而這兩個(gè)狀態(tài)共同代表代表了量子的狀態(tài)。通過(guò)物理和數(shù)學(xué)的推論,得到量子的數(shù)學(xué)特性即波函數(shù)方程:量子sigma符合fine(sigma) = alfa * fine(alfa) + beta * fine(beta)。如果我們?nèi)y(cè)試該量子在alfa方向運(yùn)動(dòng)的能量分量,則該量子坍縮為一個(gè)確定值,即alfa分量的值穩(wěn)定,而beta分量的能量消失,不能測(cè)試.我們稱這個(gè)過(guò)程為量子的坍縮

雖然量子具有這些不可確定性,但是為了獲得它的能力是值得我們?nèi)ヌ剿鞯模M宋恼驴梢砸齺?lái)相同的愛(ài)好者。

略作解說(shuō),如果文章有什么錯(cuò)誤,請(qǐng)一定指正。