1、A,1,量子計(jì)算機(jī)介紹,A,2,量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、儲(chǔ)存及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。,量子計(jì)算機(jī)是基于量子比特，即q-bit為存儲(chǔ)單元的,什么是量子計(jì)算機(jī),A,3,從薛定諤貓談起,薛定諤設(shè)想在一個(gè)封閉盒子里面有個(gè)放射源，它在每一秒時(shí)間內(nèi)以12幾率放射出一個(gè)粒子。按照量子力學(xué)的疊加性原理，一秒鐘后體系處于無粒子態(tài)和一個(gè)粒子態(tài)的等幾率幅疊加態(tài)。一旦粒子發(fā)射出來，它將通過一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將毒藥瓶打開，毒氣釋放后會(huì)使盒子里面的貓立刻死亡。當(dāng)然，如果無粒子的發(fā)射，這一切均不會(huì)發(fā)生，貓仍然活著.,A,4,

2、現(xiàn)在要問：一秒鐘后盒子里的貓是死還是活？既然放射性粒子是處于和1的疊加態(tài)，那么這只貓理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加態(tài)。這是常理無法理解的 量子理論認(rèn)為：如果沒有揭開蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道雌貓是死是活，她將永遠(yuǎn)到處于半死不活的疊加態(tài)。這與我們的日常經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重相違，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半死半活？,A,5,然而,自然界是否確實(shí)按照量子理論的規(guī)律運(yùn)行?量子力學(xué)的解釋是否站得住腳, 自20 世紀(jì)20 年代量子力學(xué)建立以來一直是頗有爭議的。以愛因斯坦為代表的一批科學(xué)家始終認(rèn)定量子力學(xué)不是完備的理論, 而以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派則堅(jiān)信量子理論的正確性。,愛因斯坦等人構(gòu)思了一個(gè)由兩個(gè)粒子組成

3、的一維系統(tǒng)相互遠(yuǎn)離的思想實(shí)驗(yàn), 用反證法對量子力學(xué)的完備性提出質(zhì)疑。,從EPR談起,A,6,設(shè)由粒子1 和粒子2 組成的一維系統(tǒng), 對于共軛的力學(xué)變量x1 和p1, x2 和p 2, 根據(jù)不確定關(guān)系有:,A,7,對于這四個(gè)變量, 可以用x1+ x2, p1+ p 2, x1- x2, p1 - p 2來代替, 其中兩對共軛力學(xué)量, 有:,由于(x1- x2) 和(p 1+ p 2) 不是一對共軛的力學(xué)量, 不受不確定關(guān)系的限制, 它們可以有共同的本征態(tài), 可以同時(shí)準(zhǔn)確測量。由此我們可以制備一個(gè)量子態(tài)使得x1- x2 的本征值為a, p1+ p 2 的本征值為0, 設(shè)想距離a 非常之大, 如粒子

4、1在北京, 粒子2 在紐約, 或者更遠(yuǎn), 可以認(rèn)為對粒子1 進(jìn)行任何物理操作, 不會(huì)立即對粒子2 產(chǎn)生干擾。,A,8,那么如果在北京測量粒子1 的位置為x, 就意味著粒子2 的位置為x- a, 如果在北京測得粒子1 的動(dòng)量為p , 就意味著粒子2 的動(dòng)量為- p。由對粒子1 的測量而推知的粒子2 的x2 和p2 是不對粒子2 作任何干擾而獲得的值。,A,9,愛因斯坦等人由此得出結(jié)論: 與粒子2 的x2 和p 2 相對應(yīng), 存在兩個(gè)獨(dú)立的物理實(shí)在要素。但是量子力學(xué)理論的不確定關(guān)系, 不能對x1和p1 同時(shí)進(jìn)行精確的測量, 則在測量x1 的同時(shí), 我們連p 2也不能精確測量了, 而x2 和p2 不

5、能同時(shí)確定, 也就不可能具有與之相對應(yīng)的兩個(gè)獨(dú)立的物理實(shí)在元素, 只能有一個(gè)物理實(shí)在的元素。因此顯然存在兩個(gè)結(jié)論二者必居其一: (1) 存在著即時(shí)的超距作用, 在測量粒子1 的位置的同時(shí), 立即干擾了粒子2 的動(dòng)量; (2) x2 和p2 本來同時(shí)是有精確值的, 只是量子力學(xué)的描述不完備。,量子力學(xué)?,A,10,玻爾則持完全相反的看法, 他認(rèn)為粒子1 和2 之間存在著量子關(guān)聯(lián), 不管它們在空間上分得多開, 對其中一個(gè)粒子實(shí)行局域操作(如上述的測量) , 必然會(huì)立刻導(dǎo)致另一個(gè)粒子狀態(tài)的改變, 這是量子力學(xué)的非局域性。,量子力學(xué)是完備的!,A,11,EPR 論文發(fā)表后的兩個(gè)月, 玻爾在同一年的物理

6、評 論中, 以相同題目能認(rèn)為量子力學(xué)對物理實(shí)在的述是完備的嗎?做了回答。玻爾正是針對這個(gè)前提進(jìn)行反駁。他指出:“對粒子1 的測量正是影響了對確定體系未來狀態(tài)所作出的預(yù)言類型的條件?！边@句話意味著: 對粒子1 作x1 的測量, 就確定下來對粒子2 未來狀態(tài)作出預(yù)言的類型, 該狀態(tài)為x2 而不能為p2, 由于x2 和p 2 是不能同時(shí)確定的, 因此只能確切預(yù)言這對共軛變量中的一個(gè), 當(dāng)然不存在量子力學(xué)描述不完備的問題。,玻爾與愛因 斯坦在爭論,A,12,玻爾指出: 如果兩個(gè)子系統(tǒng)A 和B 形成一個(gè)總體系, 這個(gè)總體系是由它的波函數(shù)來描述的, 那就沒有理由說, 分別加以考查的子系統(tǒng)A和B是什么互不相

7、干的獨(dú)立存在(實(shí)在的狀態(tài)),即使這兩個(gè)子系統(tǒng)在被考查的特定時(shí)間在空間上是彼此分隔開的也不行。因此,認(rèn)為在后一種情況下,B的實(shí)在狀況不會(huì)受到任何對A進(jìn)行量度的(直接)影響,這種論斷在量子理論的框架里是沒有根據(jù)的,而且(正如這個(gè)佯謬所表明的)是不能接受的。,玻爾與海森伯在討論,A,13,玻姆(D. Bohm ) 也是主張量子力學(xué)只給微觀客體以統(tǒng)計(jì)性描述是不完備的。1953 年他提出, 有必要引入一附加變量對微觀客體作進(jìn)一步的描述。這就是隱變量(h iddenvariable) 理論。,1965 年, 貝爾(J. Bell) 在局域隱變量理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出一個(gè)不等式, 人稱Bell 不等式, 并發(fā)現(xiàn)

8、此式與量子力學(xué)的預(yù)言是不符的, 因而我們有可能通過對此式的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn), 來判斷哥本哈根學(xué)派對量子力學(xué)的解釋是否正確.,A,14,為物理學(xué)界所普遍認(rèn)同的第一個(gè)最具說服力的檢驗(yàn)Bell不等式的實(shí)驗(yàn)是法國巴黎大學(xué)的Aspect和他的助手在1982 年做出的, 實(shí)驗(yàn)構(gòu)思十分精巧, 以理想的實(shí)驗(yàn)方案測量了鈣原子級聯(lián)輻射光子對的線偏振關(guān)聯(lián), 達(dá)到從未有過的高精度, 他們的實(shí)驗(yàn)不僅用靜態(tài)裝置實(shí)現(xiàn)了EPR 和玻姆的思想實(shí)驗(yàn), 而且用動(dòng)態(tài)裝置實(shí)現(xiàn)了對愛因斯坦“可分離性”即定域性原則的直接檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與量子力學(xué)預(yù)言極為一致,顯示Bell 不等式被違背, 從而推翻了決定論的局域隱變量理論, 肯定愛因斯坦的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤

9、的。,A,15,Aspect實(shí)驗(yàn)的裝置如下:,之后, 隨著量子光學(xué)的發(fā)展, 有更多的實(shí)驗(yàn)支持了這個(gè)結(jié)論。1997 年瑞士學(xué)者更直截了當(dāng)?shù)卦?0 公里光纖中測量到作為EPR 對的兩個(gè)光子之間的量子關(guān)聯(lián)。,A,16,因此, 現(xiàn)在我們可得出結(jié)論: 量子力學(xué)是正確的(起碼迄今完全與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相自洽);非局域性是量子力學(xué)的基本性質(zhì)?，F(xiàn)在這種由愛因斯坦等人在其佯謬中首先揭示的量子關(guān)聯(lián)效應(yīng)常被稱為EPR 效應(yīng), 它是非局域性的體現(xiàn)。,反對者真的失敗了嗎?,A,17,經(jīng)典計(jì)算機(jī)是怎樣工作的？,經(jīng)典計(jì)算機(jī)是用晶體管來記錄信息的，一個(gè)個(gè)晶體管可以看成是一個(gè)個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)只有開和關(guān)兩種狀態(tài)。我們把“開”的狀態(tài)記為“

10、1”，“關(guān)”的狀態(tài)記為“0”，這樣，一個(gè)晶體管就記錄了一個(gè)或?yàn)椤?”或?yàn)椤?”的信息，叫做一個(gè)比特（bit）的信息。此后通過編碼（例如ASCII碼）就可以將任何信息轉(zhuǎn)化成由0和1排列的數(shù)字序列。利用晶體管的性質(zhì)，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行簡單的邏輯運(yùn)算，再配合完整的計(jì)算機(jī)語言，就可以完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀寫、復(fù)制、計(jì)算等一系列操作。 這種用0和1兩種符號構(gòu)成的編碼叫做二進(jìn)制碼。當(dāng)然還可以采用更為復(fù)雜的編碼方法。例如，生物的信息之源DNA就是采用四種基本堿基編碼，從而構(gòu)成了豐富多彩變化無窮的生物世界。,A,18,量子計(jì)算機(jī)是怎樣工作的？,然而，量子計(jì)算機(jī)是建立在完全不同的存儲(chǔ)元件上，它的邏輯運(yùn)算和可以使用的算法

11、都與現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)存在觀念上的不同。量子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)單位是量子比特（qubit），也叫量子位，可以用原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)來表示。這里的原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)可以是電子的上下兩個(gè)自旋態(tài)、光子的兩個(gè)偏振態(tài)，或者原子的兩個(gè)超精細(xì)分裂能級等。與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制不同的是，量子比特除了可以是原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)，還可以處于“疊加態(tài)”。量子疊加態(tài)是一種很奇妙的狀態(tài)，一個(gè)處于疊加態(tài)的量子比特可以既是0又是1（關(guān)于量子疊加態(tài)的奇妙性質(zhì)屬于基本量子力學(xué)的范疇，有興趣的讀者可以參看一些關(guān)于量子力學(xué)的科普讀物）。具體的一個(gè)疊加態(tài)可以寫成 其中a、b是滿足 的復(fù)數(shù)。為了理解方便，可以直觀的把疊加態(tài)想象成一個(gè)直角坐標(biāo)系中的矢量

12、，a、b分別是這個(gè)矢量在 和 兩個(gè)軸上的投影值。這樣一個(gè)量子比特就需要兩個(gè)數(shù)據(jù)才能確定，而多個(gè)量子比特存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同樣數(shù)目的比特。,A,19,量子計(jì)算機(jī)概念的來源,量子計(jì)算機(jī)的概念源于對可逆計(jì)算機(jī)的研究，而研究可逆計(jì)算機(jī)是為了克服計(jì)算機(jī)中的能耗問題。早在六七十年代，人們就發(fā)現(xiàn)，能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)熱，影響芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。Landauer3最早考慮了這個(gè)問題，他考察了能耗的來源，指出：能耗產(chǎn)生于計(jì)算過程中的不可逆操作。例如，對兩比待的異或操作，因?yàn)橹挥幸槐忍氐妮敵觯@一過程損失了一個(gè)自由度，因此是不可逆的，按照熱力學(xué)，必然會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。但這種不可逆性是

13、不是不可避免的呢？事實(shí)上，只要對異或門的操作如圖1所示的簡單改進(jìn)，即保留一個(gè)無用的比特，該操作就變?yōu)榭赡娴?。因此物理原理并沒有限制能耗的下限，消除能耗的關(guān)鍵是將不可逆操作改造為可逆操作。 Bennett后來更嚴(yán)格地考慮了此問題，并證明了，所有經(jīng)典不可逆的計(jì)算機(jī)都可以改造為可逆計(jì)算機(jī)，而不影響其計(jì)算能力。,A,20,經(jīng)典計(jì)算機(jī)的抽象數(shù)學(xué)模型,經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)是計(jì)算機(jī)的抽象數(shù)學(xué)模型，它由兩部分構(gòu)成： 1具有無限多個(gè)存儲(chǔ)單元的記錄帶，每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)容的變化是有限的，通常用二進(jìn)制的“O”和“1”來表示； 2一個(gè)具有有限內(nèi)態(tài)的讀寫頭，每步操作中讀寫頭可以在記錄帶上左移或右移

14、一格或不動(dòng)。圖靈機(jī)在操作中，讀寫頭根據(jù)其內(nèi)態(tài)和當(dāng)前存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，按既定的規(guī)則，改變其內(nèi)態(tài)和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。并決定下一步讀寫頭的移動(dòng)方向。 上述圖靈機(jī)的模型是不可逆的，例如，對如下圖靈機(jī)操作“寫存儲(chǔ)單元- 左移一格”，其逆就變成了“左移一格-寫存儲(chǔ)單元”，該逆操作不再是一個(gè)有效的圖靈機(jī)操作。但Bennett證明了一個(gè)基本結(jié)果：對所有不可逆的通用圖靈機(jī)，都可以找到一個(gè)對應(yīng)的可逆圖靈機(jī)，使得兩者具有完全相同的計(jì)算能力和計(jì)算效率。 因?yàn)橛?jì)算機(jī)中的每步操作都可以改造為可逆操作，在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)么正變換來代表。Benioff最早用量子力學(xué)來描述可逆計(jì)算機(jī)。在量子可逆計(jì)算機(jī)中，比特的載體成為二

15、能級的量子體系，體系處于|0和|1上，但不處于它們的疊加態(tài)。量子可逆計(jì)算機(jī)的研究，其核心任務(wù)為，對應(yīng)于具體的計(jì)算，尋找合適的哈密頓量來描述。,A,21,量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)方案,正如經(jīng)典計(jì)算機(jī)建立在通用圖靈機(jī)基礎(chǔ)之上，量子計(jì)算機(jī)亦可建立在量子圖靈機(jī)基礎(chǔ)上。量子圖靈機(jī)可類比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的概率運(yùn)算。上面提到的通用圖靈機(jī)的操作是完全確定性的，用q代表當(dāng)前讀寫頭的狀態(tài)，s代表當(dāng)前存儲(chǔ)單元內(nèi)容，d取值為L,R,N,分別代表讀寫頭左移、右移或不動(dòng)，則在確定性算法中，當(dāng)q,s給定時(shí)，下一步的狀態(tài)q，s及讀寫頭的運(yùn)動(dòng)d完全確定。我們也可以考慮概率算法，即當(dāng)q,s給定時(shí)，圖靈機(jī)以一定的概率 （q,s,q,s”

16、,d）變換到狀態(tài)q,s及實(shí)行運(yùn)動(dòng)d。概率函數(shù) (q,s,q,s,d）為取值0,1的實(shí)數(shù)，它完全決定了概率圖靈機(jī)的性質(zhì)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)理論證明，對解決某些問題，慨率算法比確定性算法更為有效。 量子圖靈機(jī)非常類似于上面描述的經(jīng)典概率圖靈機(jī)，現(xiàn)在q,s,q,s相應(yīng)地變成了量子態(tài)，而概率函數(shù) （q,s,q,s,d）則變成了取值為復(fù)數(shù)的概率振幅函數(shù)x(q,s,q,s,d），量子圖靈機(jī)的性質(zhì)由概率振幅函數(shù)確定。正因?yàn)楝F(xiàn)在的運(yùn)算結(jié)果不再按概率疊加，而是按概率振幅疊加，所以量子相干性在量子圖靈機(jī)中起本質(zhì)性的作用，這是實(shí)現(xiàn)量子并行計(jì)算的關(guān)鍵。,A,22,如何在物理上構(gòu)造出量子計(jì)算機(jī),量子計(jì)算機(jī)可以等效為一個(gè)量子圖靈

17、機(jī)。但量子圖靈機(jī)是一個(gè)抽象的數(shù)學(xué)模型，如何在物理上構(gòu)造出量子計(jì)算機(jī)呢？理論上已證明9，量子圖靈機(jī)可以等價(jià)為一個(gè)量子邏輯電路，因此可以通過一些量子邏輯門的組合來構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)。量子邏輯門按其輸入比特的個(gè)數(shù)可分為單比特、二比特、及三比特邏輯門等。 因?yàn)榱孔舆壿嬮T是可逆的，所以其輸入和輸出比特?cái)?shù)相等。量子邏輯門對輸入比特進(jìn)行一個(gè)確定的幺正變換，得到輸出比特。Deutsch10最早考慮了用量子邏輯門來為造計(jì)算機(jī)的問題，他發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的三比特量子邏輯門都是通用邏輯門。通用邏輯門的含義是指，通過該邏輯門的級聯(lián)，可以以任意精度逼近任何一個(gè)么正操作。后來不少人發(fā)展了Deutsch的結(jié)果，最后Deutsch和

18、Lloyd各自獨(dú)立地證明11，幾乎所有的二比特量子邏輯門都是通用的，這里“幾乎”是指，二比特通用量子邏輯門的集合是所有二比特邏輯門的集合的一個(gè)稠密子集。,A,23,實(shí)驗(yàn)上用具體的量子邏輯門來構(gòu)造計(jì)算機(jī),Barenco等人12證明，一個(gè)二比特的異或門和對一比特進(jìn)行任意操作的門可構(gòu)成一個(gè)通用量子門集。相對來說，單比特邏輯門在實(shí)驗(yàn)上比較容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在的不少實(shí)驗(yàn)方案都集中干制造量子異或門。量子異或門和經(jīng)典異或門非常類似，它有2個(gè)輸入比待：控制比特和受控比特。當(dāng)控制比特處于|1態(tài)，即在上能級時(shí)，受控比特態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn)。用記號C12代表量子異或操作，其中1，2分別代表控制和受控比特，則有 其中n1,n2取值

19、0或 1， 表示模2加。已有的用來實(shí)現(xiàn)量子異或門的方案包括：利用原子和光腔的相互作用13；利用冷阱束縛離子14；或利用電子或核自旋共振15。在已實(shí)現(xiàn)的方案中，以冷阱束縛離子方案最為成功,A,24,量子存儲(chǔ)器,我們把原子基態(tài)記為|0，把激發(fā)態(tài)記為|1從傳統(tǒng)的電子信息的角度考慮，則一個(gè)粒子有|0和|1兩個(gè)狀態(tài)但是從量子理論出發(fā)，粒子除了處于以上兩個(gè)狀態(tài)外，還可以處于|0和|1的疊加態(tài)|=a|0+b|1，其中a、b分別代表原子處于兩種態(tài)的幾率幅由此為基礎(chǔ)的一個(gè)q-bit不僅可以表示單獨(dú)的|0和|1 ，而且可以同時(shí)既表示|0，又表示|1 ,A,25,直觀的空間結(jié)構(gòu),于是，由三個(gè)比特構(gòu)成的存儲(chǔ)器可以像經(jīng)

20、典比特一樣表示000,001,010,011,100,101,110,111這樣八個(gè)二進(jìn)制數(shù) 此外，若假設(shè)三個(gè)q-bit都是處于 (2)1/2(|0+|1)態(tài)，則由此，該q-bit還可以有|0|0|0+ |0|0|1+ |0|1|0+ |0|1|1+ |1|0|0+ |1|0|1+ |1|1|0+ |1|1|1 這樣個(gè)狀態(tài)的疊加也就是說，在某一時(shí)刻一個(gè)量子存儲(chǔ)器可以表示8個(gè)數(shù),A,26,推論結(jié)果,由上可知： 一個(gè)q-bit可以同時(shí)儲(chǔ)存0和1兩個(gè)數(shù)字， 三個(gè)q-bit可以同時(shí)儲(chǔ)存8個(gè)數(shù)字， 個(gè)q-bit可以同時(shí)儲(chǔ)存2N個(gè)數(shù)字 則，一個(gè)250量子比特的存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)的數(shù)達(dá)2250,比現(xiàn)有已知的宇宙中

21、全部原子數(shù)目還要多。,集成了16個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī),A,27,量子信息的運(yùn)算量子算法,下來我們看看量子計(jì)算機(jī)如何對這些態(tài)進(jìn)行運(yùn)算。假設(shè)現(xiàn)在我們想求一個(gè)函數(shù)f(n)，(n07)的值，采用經(jīng)典計(jì)算的辦法至少需要下面的步驟： 存儲(chǔ)器清零賦值運(yùn)算保存結(jié)果再賦值運(yùn)算再保存結(jié)果 對每一個(gè)n都必須經(jīng)過存儲(chǔ)器的賦值和函數(shù)f(n)的運(yùn)算等步驟，而且至少需要8個(gè)存儲(chǔ)器來保存結(jié)果。如果是用量子計(jì)算機(jī)來做這個(gè)題目則在原理上要簡潔的多，只需用3個(gè)量子存儲(chǔ)器，把各q-bit制備到( |0+ |1) / (2)態(tài)上就一次性完成了對8個(gè)數(shù)的賦值，此時(shí)存儲(chǔ)器成為態(tài) |，然后對其進(jìn)行相應(yīng)的幺正變換以完成函數(shù)f(n)的功能，變換后

22、的存儲(chǔ)器內(nèi)就保存了所需的8個(gè)結(jié)果。這種能同時(shí)對多個(gè)態(tài)進(jìn)行操縱，所謂“量子并行計(jì)算”的性質(zhì)正是量子計(jì)算機(jī)巨大威力的奧秘所在。,A,28,量子存儲(chǔ)器與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器,量子 同時(shí)存儲(chǔ)2N個(gè)數(shù)字 同時(shí)賦值2N個(gè)數(shù)字 同時(shí)對狀態(tài)操縱2N個(gè)數(shù)字 函數(shù)計(jì)算通過幺正變換 對1000位的大數(shù)進(jìn)行因數(shù)分解需幾分之一秒 ,傳統(tǒng) 同時(shí)存儲(chǔ)2N個(gè)數(shù)字 同時(shí)賦值2N個(gè)數(shù)字 同時(shí)對狀態(tài)操縱2N個(gè)數(shù)字 函數(shù)計(jì)算通過經(jīng)典 循環(huán)方法 對1000位的大數(shù)進(jìn)行因數(shù)分解需1025年 ,A,29,量子計(jì)算機(jī)研究進(jìn)展,量子算法 S.Hor于1994年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)量子算法，它可以有效地用來進(jìn)行大數(shù)因子分解 Grover于1997年發(fā)現(xiàn)了量子搜尋算

23、法它適用于解決從 N個(gè)未分類的客體中尋找出某個(gè)特定的客體。經(jīng)典算法只能是一個(gè)接一個(gè)地搜尋，直到找到所要的客體為止，這種算法平均地講要尋找 N/2次，成功幾率為1/2,而采用Grover的量子算法需要的時(shí)間是以1/k冪次遞減的,A,30,2000年8月15日IBM公司宣布做出了5個(gè)原子做處理器和存儲(chǔ)器的實(shí)驗(yàn)性量子計(jì)算機(jī)，這預(yù)示著在不遠(yuǎn)的將來實(shí)用性的量子計(jì)算機(jī)將可能走進(jìn)我們的生活舞臺。 2004 年 9 月 ,NTT 物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所試制出最有希望成為量子計(jì)算機(jī)基本組件的“超導(dǎo)磁束量子位”,在通過微波照射大幅度提高比特控制自由度的同時(shí) ,組件的工作頻率也成功地提高到了原來的 10 倍100 倍。

24、與其它基本單元相比 ,超導(dǎo)磁束量子位具有量子狀態(tài)容易持續(xù)保持、易于集成等優(yōu)勢。這樣一來 ,就有望實(shí)現(xiàn)利用多個(gè)組件同時(shí)處理多項(xiàng)信息的量子糾纏 ,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)成與或等基本電路的控制非門。此次用于比特控制的是能量比光更低的微波 ,但仍能很好地控制能量躍遷的幅度 ,因此也為光控制的應(yīng)用開辟了道路。即將光通信與此次開發(fā)的單元組合起來 ,如通過光纖網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)間的協(xié)作。,A,31,在2007年2月15日加拿大公司D-Wave Systems揭開了“全球第一臺商用實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)”的神秘面紗，展示了這臺新型計(jì)算機(jī)“Orion”如何運(yùn)行商用程序，及其在解決特定問題上相比傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的巨大優(yōu)勢。,承

25、載16個(gè)量子位的硅芯片,硅芯片上16個(gè)量子位的光學(xué)照片,A,32,量子計(jì)算機(jī)的前景,量子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行大數(shù)的因式分解和Grover搜索可以破譯密碼，同時(shí)也提供一一種新的保密方式 量子通信：將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者 未來的計(jì)算機(jī)將是由光技術(shù)、分子技術(shù)、生物技術(shù)、量子技術(shù)等新技術(shù)綜合運(yùn)用而構(gòu)成的這些技術(shù)將在如軍事、金融各種領(lǐng)域，各盡其長,A,33,參考文獻(xiàn),1 S.Lloyd, Science 26l(1993), 1569; S.Lloyd, Science, 263(1994), 695. 2 D. DiVincenzo, Scien

26、ce, 270(1995), 255. 3 R.bouer, IBM J. Res. Dev.,5(1961), l83. 4 C.H.Bennett, IBM J. Res. Dev.,6(1973),525. 5 P.Benioff, Phys. Rev. Lett., 48(1982), 1581. 6 R.P.Feymann, Int. J. Theor. Phys., 21(1982),467. 7 D.Deutsch, R. Jozsa, Proc. R. Soc. London A. 439(1992), 553. 8 P.W.Shor, in Procedeeings of the 35th Annual Symposium of Foundation of Computer Science. (IEEE Computer Society, Los Alamitos, CA) l994, 124. 9 A.Yao, in Pr