量子計(jì)算QuantumComputingCalvinTang

179209347@量子計(jì)算的發(fā)展階段量子優(yōu)勢(shì)量子計(jì)算模型和技術(shù)探索最新進(jìn)展理論奠基1980年代末1980年代末，F(xiàn)eynman在1982年的一次演講中首次提出了用量子系統(tǒng)模擬物理系統(tǒng)的想法。Deutsch在1985年發(fā)表的一篇論文中提出了量子計(jì)算機(jī)的概念。1990年代中期到2000年代1998年，IBM成功實(shí)現(xiàn)了用核磁共振技術(shù)構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在2001年，IBM和其他研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室中建立更復(fù)雜的量子比特系統(tǒng)。理論發(fā)展1990年代初在1994年，PeterShor提出了著名的Shor算法，該算法展示了量子計(jì)算在因數(shù)分解等問(wèn)題上的巨大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，LovGrover提出了Grover搜索算法，展示了量子計(jì)算在搜索問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)。2010年代在這一時(shí)期，大型科技公司如IBM、Google、微軟和IBM等開(kāi)始投入大量資源開(kāi)發(fā)量子計(jì)算技術(shù)。2019年，Google聲稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了所謂的“量子優(yōu)勢(shì)”，即量子計(jì)算機(jī)在某些任務(wù)上超越了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。2020年代隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)和公司開(kāi)始投入量子計(jì)算的研究和開(kāi)發(fā)。量子計(jì)算在諸如材料科學(xué)、密碼學(xué)、優(yōu)化問(wèn)題等領(lǐng)域展示出巨大的潛力。量子計(jì)算的發(fā)展歷程，可分為5個(gè)階段：量子信息技術(shù)：量子計(jì)算，量子通信量子力學(xué)信息科學(xué)量子信息技術(shù)是量子力學(xué)與信息科學(xué)交叉學(xué)科。它利用量子力學(xué)中的量子疊加態(tài)和量子糾纏等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)的功能和性能。量子計(jì)算主要包括量子計(jì)算機(jī)、量子算法和量子機(jī)器學(xué)習(xí)三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。利用量子疊加態(tài)和量子糾纏等特性進(jìn)行并行計(jì)算，從而在某些特定問(wèn)題上具有指數(shù)級(jí)的計(jì)算能力優(yōu)勢(shì)。量子信息技術(shù)量子信息技術(shù)量子計(jì)算量子信息技術(shù)的兩個(gè)主要領(lǐng)域：量子通信量子通信利用量子糾纏特性實(shí)現(xiàn)安全的通信和密鑰分發(fā)。量子通信可以提供絕對(duì)安全的通信方式，通過(guò)量子態(tài)傳輸信息可以檢測(cè)到任何對(duì)信息的竊聽(tīng)和干擾。量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1900Start物體通過(guò)分立的跳躍非連續(xù)地改變它們的能量，能量值只能取某個(gè)最小能量元的整數(shù)倍。能量量子化普朗克（1858—1947年）

量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1905金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。光電效應(yīng)

愛(ài)因斯坦（1879—1955年）量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1913提出了量子不連續(xù)性，成功地解釋了氫原子和類(lèi)氫原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。提出了原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型。玻爾模型玻爾（1885—1962年）量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1923實(shí)物粒子也有波粒二象性，認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)粒子相應(yīng)的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。德布羅意波(物質(zhì)波)德布羅意（1892—1987年）

量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1925實(shí)物粒子也有波粒二象性，認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)粒子相應(yīng)的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。薛定諤方程薛定諤（1887—1961年）

量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1927量子力學(xué)中的基本方程之一。它描述了算符隨時(shí)間的演化規(guī)律，為我們理解微觀世界的動(dòng)態(tài)過(guò)程，提供了重要的工具。海森堡方程海森堡（1901—1976年）

量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1928研究氫原子能級(jí)分布時(shí)，考慮有自旋角動(dòng)量的電子作高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)論性效應(yīng)，給出了氫原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。狄拉克方程狄拉克（1902—1984年）

量子計(jì)算簡(jiǎn)史–量子力學(xué)主要人物1949Start費(fèi)曼圖、費(fèi)曼規(guī)則和重正化的計(jì)算方法，這是研究量子電動(dòng)力學(xué)和粒子物理學(xué)不可缺少的工具。費(fèi)曼圖和費(fèi)曼規(guī)則理查德·費(fèi)曼（1918—1988年）Theworldisstrange.Thewholeuniverseisverystrange,butyouseewhenyoulookatthedetailsthattherulesofthegameareverysimple–themechanicalrulesbywhichyoucanfigureoutexactlywhatisgoingtohappenwhenthesituationissimple.

Butitisnotcomplicated.Itisjustalotofit.

看似復(fù)雜的世界是由眾多的簡(jiǎn)單規(guī)則構(gòu)建而成。量子系統(tǒng)的兩個(gè)特性

量子疊加量子糾纏

量子糾纏(entanglement)：量子世界中不同粒子之間有無(wú)法用經(jīng)典規(guī)律理解的整體關(guān)聯(lián)性，不能分開(kāi)來(lái)描述個(gè)別粒子，一旦改變某個(gè)粒子，會(huì)影響到其他粒子。>>量子行為的兩個(gè)特性，也就是疊加和糾纏，使量子計(jì)算機(jī)有能力解決目前的常規(guī)或傳統(tǒng)機(jī)器無(wú)能為力的問(wèn)題。

退相干相干：相干性是波的屬性，相干性可以是一個(gè)波或者一組波的物理量之間的任何相關(guān)關(guān)系。相干波具有相同的頻率并且具有恒定的相位差（PhaseDifference）。退相干：退相干是由于環(huán)境噪聲而導(dǎo)致的信息丟失。相干的量子比特位于布洛赫球上，長(zhǎng)度為1，而退相干的量子比特位于布洛赫球內(nèi)，長(zhǎng)度小于1。量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程量子處理單元（QPU）經(jīng)典計(jì)算機(jī)（CPU）數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出量子編程應(yīng)用接口初態(tài)制備量子測(cè)量幺正變換

一般而言，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程可以分為：數(shù)據(jù)輸入、初態(tài)制備、量子邏輯門(mén)操作、量子測(cè)算和數(shù)據(jù)輸出等步驟。量子計(jì)算目前的局限性

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控制難量子比特的狀態(tài)很容易受到環(huán)境的干擾，例如溫度、磁場(chǎng)和電磁輻射等。03糾錯(cuò)難量子糾錯(cuò)是目前最大的瓶頸。盡量降低資源消耗和錯(cuò)誤概率成為量子糾錯(cuò)算法領(lǐng)域