最初引起我興趣的是看到一臺臺式機大小的量子計算機的理論計算速度是美洲虎(2009年世界上最快的超級計算機)的10億倍。被性能誘惑的我開始了量子計算機的學習旅程
讓我們從計算機的思維開始:
計算機的本質是一個物理系統(tǒng)。它以T0時間作為出發(fā)點,經(jīng)過時間delta,達到T1的狀態(tài),我們稱T1時刻這個物理系統(tǒng)的狀態(tài)是運算結果,T0是初始狀態(tài),中間的物理變化就是運算過程。量子計算機的本質也是物理系統(tǒng),符合同樣的概念。
人類早期以家族聚居時就已經(jīng)學會了量化,他們用石頭的數(shù)量來標記獵物的數(shù)量。
計算的現(xiàn)象誕生
接著人們形成了部落,打獵的數(shù)量越來越多,于是人們開始尋找更好的表示數(shù)字的東西,結繩計數(shù)與刻畫計數(shù)以及算盤誕生。此時數(shù)字信號已經(jīng)可以被長久記錄,
小型的計算量出現(xiàn)
再然后,人們形成了國家,計量金錢與貨物的更加復雜的計數(shù)方式誕生---以多個結繩表示,并在同一時期出現(xiàn)了語言可直接表述的古希臘數(shù)字,比如I,II,II,IV,V。。。等等。
此時較大規(guī)模的計算開始萌芽
后來世界統(tǒng)一了計數(shù)方式,采用統(tǒng)一的阿拉伯數(shù)字1,2,3,4。。。,同一時期----
數(shù)學推論爆炸
再后。。。大家都知道事情我就不說了
計數(shù)能力越來越高,需要的計算能力也越來越高。計算機誕生于大約1910年左右,經(jīng)過這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算機。
量子計算機是一種比普通電子計算機更加精確何快速的物理系統(tǒng)。它擁有計數(shù)與計算的能力,而且能力更(verry)強,所以量子計算將會成為未來計算的一種趨勢。
量子計算機有兩個已知的缺點(同時也是優(yōu)點):
1.量子糾纏特性難以控制;
2.計算的不可恢復性;因為它的運算單元太小,經(jīng)典計算機的數(shù)據(jù)可恢復,因為它的運動歷史可追蹤,而量子不行
量子計算機為何比普通計算機快?
1、普通計算機受到存儲I/O限制,速度增長遇到瓶頸。
普通計算機的運算中心本質上是電子元件構成的邏輯單元,電子計算機的頂峰性能就是所有邏輯單元只需要幾個電子,此時已經(jīng)不能在壓縮。根據(jù)摩爾定律計算機的性能每18個月翻一番,計算機的體積每18個月縮小一倍。電子計算機的性能不久以后就會達到極限。
2、量子的本質比電子小得多(電子的大小是量子大小的1000倍-100萬倍),量子計算機的空間占用量更小,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增長(也就是n個量子的運算和存儲能力為2的n次方)。量子在同一時刻具有兩個運動分量,這不同于電子同一時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,沒法插入特殊字符),假設一個量子的的波函數(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動分量,fine是他們各自的波函數(shù)。(稍后解釋),量子在同一時刻的狀態(tài)由兩個相互背離的“粒子”決定(即在三維坐標空間上它以一定概率向某一個方向運動,但同時也以另一個概率向完全不同的另一個方向運動)。由于量子的這種精神分裂癥,它在同一時刻可以表示兩種狀態(tài),因此提供給我們的計算機會更多。
解釋波函數(shù):量子的糾纏特性是指量子在同一時刻存在兩個可能的狀態(tài)(我們知道光子具有波粒二象性,光子就是一種量子,它在某一個固定時刻的物理狀態(tài)是不確定的),而這兩個狀態(tài)共同代表代表了量子的狀態(tài)。通過物理和數(shù)學的推論,得到量子的數(shù)學特性即波函數(shù)方程:量子sigma符合fine(sigma) = alfa * fine(alfa) + beta * fine(beta)。如果我們去測試該量子在alfa方向運動的能量分量,則該量子坍縮為一個確定值,即alfa分量的值穩(wěn)定,而beta分量的能量消失,不能測試.我們稱這個過程為量子的坍縮
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去探索的,希望此文章可以引來相同的愛好者。
略作解說,如果文章有什么錯誤,請一定指正。