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量子计算机技术原理及应用-量子计算机技术原理及应用实验报告

量子计算 6个月前 (05-19) 44

文章阐述了关于量子计算机技术原理及应用，以及量子计算机技术原理及应用实验报告的信息，欢迎批评指正。

文章信息一览：

量子计算机的原理基于量子力学的基本概念，特别是量子叠加和纠缠。量子比特（qubit）量子计算机的基本信息处理单元是量子比特（qubit），与传统计算机中的比特不同，量子比特的状态可以是0、1的叠加态，即它同时存在于0和1两个状态。这种叠加态可以通过量子叠加原理进行计算和操作。

例如，一个原子中的一个电子可以处于基态，也可以处于激发态（基态与激发态可分别与二进制中的0和1对应起来），用波长合适的光照射原子一个合适的时间长度，就可能使原子里的电子处于基态与激发态这两种状态中每一种状态各占1/2概率的叠加态。

（图片来源网络，侵删）

量子计算机就是用量子比特代替原来的普通比特。从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。

是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点，它可以用于模拟其他的量子系统，可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。

也许你已经知道，量子电脑应用的不再是现实世界里的物理定律，而是玄妙的量子原理。它的运算速度可能比目前个人电脑的奔腾Ⅲ芯片快10亿倍，可以在二瞬间搜寻整个国际网络，也可以轻易破解任何安全密码。而且，最重要的一点是，这一切绝非科幻***。与传统电脑不同的是，量子电脑将以原子而非芯片进行运算。

（图片来源网络，侵删）

量子计算机的实现原理是通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。它以量子态为记忆单元和信息储存形式，在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。在量子计算机中，有一些特殊的比特，叫做qubit，它们可以同时处于0和1两个状态之间。

量子计算机和量子力学密切相关，前者就是基于后者的一个核心原理——态叠加原理。虽然物理学家们至今还在争论一个宏观的实体，比如一个人，一栋楼等等，是否能处于一种多状态叠加的情况，但毫无疑问的是，单个电子的确能同时处于多种状态之中，这是无数实验已经验证了的。

现代计算机的晶体管虽然越来越小，为了提高计算能力晶体管只能不断叠加，集成度很高，但数量很大，需要消耗大量的能量，这就导致科学发展中的光子计算、生物、计算、量子计算等领域解决了摩尔定律造成的大量能耗和计算能力瓶颈问题。

从原理上讲，经典计算可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换（逻辑门操作）的物理过程。基于经典比特的非 0 即 1 的确定特征，经典算法是通过经典计算机（或经典图灵机）的内部逻辑电路加以实现的。

量子计算机的原理基于量子力学的特性，利用量子比特（Qubit）作为信息的媒介。量子比特不同于经典计算机的比特，它可以处于叠加态，即同时处于0和1的状态，以及纠缠态，即两个或多个量子比特之间存在特殊的关联性。这使得量子计算机可以在同一时间处理大量可能性，从而实现并行计算，大幅提高计算速度。

量子计算机原理普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行，称为比特（bit）。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特（qubit）上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。

关于量子计算机技术原理及应用，以及量子计算机技术原理及应用实验报告的相关信息分享结束，感谢你的耐心阅读，希望对你有所帮助。