有人知道“量子计算”是什么吗?

我在量子计算方面做过研究,我希望这是一个明智的答案。

人们常说,量子计算机中的量子比特可以存在于0和1的“叠加”中。这是真的,但比你最初想象的要微妙得多。即使有随机性的经典计算机,在0和1的叠加中也可以存在一个比特,在某种意义上,它是0,有一定的概率,1,有一定的概率。就像当你掷骰子而不看结果,或者收到你还没有读过的电子邮件时,你可以把它的状态看作是各种可能性的叠加。现在,这听起来像是flim flam,但事实是这种叠加是一种并行性,使用它的算法比其他算法更快。这叫做随机计算,你可以说比特处于概率状态,而不是叠加。

与量子位的区别在于,量子位可以有一组具有更多性质的可能叠加。一个普通位的概率状态集是一个直线段,因为所有的概率都是0或1。量子位的状态集是一个三维圆形球。现在,概率比特串比单个概率比特更复杂也更有趣,同样的,量子比特串也是如此。如果你能做这样的量子比特,那么实际上一些计算任务不会比以前容易,就像随机算法不能解决所有问题一样。但是一些计算问题,例如因子分解数字,有新的量子算法,比任何已知的经典算法都快得多。这不是时钟速度或摩尔定律的问题,因为第一个有用的量子位可能相当缓慢和昂贵。它只是一种并行计算,就像一种随机选择的算法,在弱意义上,所有的选择都是并行的。但它是“类固醇随机算法”;这是我对局外人最喜欢的总结。

现在是坏消息。为了让经典比特处于叠加态,它是一个随机选择,这是你的秘密。一旦你看到一个翻转的硬币,硬币就会“折叠”成头或尾。它和量子位的区别在于,为了让量子位作为一个整体工作,它的状态必须是来自物理宇宙其他部分的秘密,而不仅仅是来自你。它必须是一束空气、附近原子等的秘密。另一方面,要使量子比特对量子计算机有用,就必须有一种方法来操纵它们,同时保持它们的状态是秘密的。否则,它的量子随机性或量子相干性就会遭到破坏。制造量子比特一点都不容易,但它是例行的。在不向物理环境揭示量子门中的物质的情况下,制造你能用量子门操纵的量子比特是非常困难的。

人们不知道怎么做,除了在非常有限的玩具演示。但如果他们能做得足够好,制造出量子计算机,那么对于这些计算机来说,一些困难的计算问题就容易得多。其他人根本不会更容易,而且很多人还不知道哪些人可以加速以及加速多少。它肯定会对密码学产生各种影响;它会破坏广泛使用的公钥密码学形式。但是其他类型的公钥密码术也被提出了,这可能是可以的。此外,量子计算与量子密钥分配技术有关,看起来非常安全,而密钥加密技术几乎肯定仍然相当安全。

另一个使用“量子”计算的因素是“纠缠对”。基本上,如果你能创造一对纠缠的粒子,它们有一个物理的“自旋”,量子物理学规定每个电子的自旋总是相反的。

如果你能创建一个纠缠对,然后把它们分开,你就可以通过改变其中一个粒子的自旋,利用这个设备在没有拦截的情况下传输数据。然后你可以创建一个信号,它被粒子的信息所调制,这在理论上是不可破解的,因为你不能通过截取两个信号点之间的信息来知道在任何给定时间粒子上的自旋是什么。

许多非常感兴趣的组织正在研究这种安全通信技术。

是的,有量子加密,如果有人试图监视你的通信,它会破坏数据流,使他们和你都无法读取它。

然而,量子计算的真正威力在于量子比特可以有0和1的叠加。了不起的事。但是,如果你有,比如说,八个量子比特,你现在可以表示0到255之间所有整数的叠加。这可以让你在多项式中做一些有趣的事情,而不是指数时间。大数的因式分解(例如,分解rsa等)就是其中之一。

量子计算有许多应用。

一个巨大的问题是在p-时间内解决np-硬问题的能力,通过使用量子比特的不确定性来实质上残酷地并行地强迫问题。 (删除的句子是错误的。量子计算机可以 不 通过强行并行地强制所有解决方案,它们是 不 相信能在多项式时间内解决NP完全问题。参见 here )

只是根据格雷格·库佩伯格的回答更新了量子计算产业:

D-Wave 2 System 正在使用量子退火。

当 observation 发生了。目前的量子退火技术是在2个量子比特上施加一个物理力,这个力对量子比特施加了约束,因此当观察到量子比特时,量子比特有更高的崩溃概率,从而得到我们愿意看到的结果。

参考文献:

1. How does a quantum machine work

我关注最近关于这个主题的非同行评议的文章,这是我从我读到的文章中推断出来的。一个量子位,除了上面所说的。也就是说,它们可以在叠加中保存值,也可以保存多个位,例如spin up/+spin down/+spin-/vertical,我需要缩写+h、-h、+v、-v left+、lh、lv,lv,也不是所有的组合都是有效的,并且在qubit类型上可以放置额外的值。 每种方法都类似于随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等。光子有波长,电子有电荷,光子有电荷,光子有自旋,你知道了,有些组合是无效的,有些需要额外的算法,以便将参数传递给下一个变量(存储数据的位置)或量子比特(值叠加到B的位置)。返回E,如果你只是因为使用电线是必要的限制,由于大小和空间。最大的挑战之一是控制或消除Q(量子)消相干。这通常意味着将系统与环境隔离开来,因为与外部世界的交互会导致系统脱色。2011年11月,研究人员将143个量子位进行了因子分解。同年,D-Wave Systems公司宣布了市场上首个名为D-Wave One的商用量子退火炉。该公司声称,该系统使用的是128量子比特处理器芯片组。2013年5月,谷歌公司宣布将推出Q.AI。实验室,希望能提高人工智能。我真的希望我不要浪费时间和他们已经知道的东西在一起。如果你学到了什么,请起来。 正如我还不能评论的那样,这真的取决于你正在研究的量子比特的类型,以了解状态的数量,例如UNSW硅q.比特与钻石中子价的关系,或者固态核磁共振磷硅与液态核磁共振的关系。