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数学量子计算机-量子计算机与数学

量子计算 2个月前 (07-14) 13

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量子计算的基石，在于量子叠加和测量等核心概念。超导量子比特作为关键技术元件，它在极度低温的环境下运作，需要精密的工程手段来保障其稳定。量子计算机在特定问题上展现了无可匹敌的优势，特别是在优化问题、量子模拟、通信以及加密领域，展现出巨大的潜力。

量子计算是利用诸如叠加和纠缠等量子现象进行计算的一种革命性计算技术。量子计算是什么？量子计算使用亚原子粒子的物理学领域来执行复杂的并行计算，从而取代了当今计算机系统中更简单的晶体管。

（图片来源网络，侵删）

量子计算是一种基于量子物理学的计算形式。经典计算机依靠位（零或一）进行计算，而量子计算机使用利用量子力学以“叠加”形式存在的量子位（量子位）：零和一的组合，每个都有一定的概率。例如，一个量子位可能有 80% 的几率为零，20% 的几率为零。或者 60% 的机会为零，40% 的机会成为 1。等等。

在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。

量子信息技术主要包括以下三个领域：量子计算：量子计算是利用量子力学中的量子位和量子态来进行计算和信息处理的领域。传统的计算机使用二进制位（比特）进行计算，而量子计算机利用量子位（量子比特或简称为量子比特）的叠加态和纠缠态，可以在同一时间进行并行计算，大大提高了计算速度和能力。

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量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；2量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。

量子效应是指在微观尺度下，特别是在原子和亚原子水平上，物质的行为开始显示出量子力学的特性。其中一些效应包括波粒二象性、量子纠缠和量子隧穿等。量子效应通常在极小的尺度或极低的温度下显著，远离我们日常经验的尺度和温度。

1、简单地说，量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。

2、由量子比特构成计算机被称为“量子计算机”。传统数字计算机由二进制数字构成（0或1），而量子计算机是由量子比特构成。量子比特在某种程度上能够同时代表0和1（也就是所谓的量子叠加）。量子比特代表多重数值的能力让量子计算机的运算能力远超过传统计算机。

3、量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

4、量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

1、“祖冲之二号”是66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，求解“量子随机线路取样”任务的速度比目前全球最快的超级计算机快1000万倍以上，这使得中国成为目前唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑的国家。

2、有了九章二号，计算比超算还快亿亿亿倍。这对于我们常人好像没有用，但是在量子计算方面可是世界科技前沿非常非常大的突破，譬如提高了量子广元的产率，品质和收集效率。譬如增加了多光子量子干涉线路，光子数也增加了。譬如新增了可编程功能。一方面可以为图论做出巨大贡献。

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