《量子计算机》ppt课件

1、量子计算机03 光信息 苗豪杰03资料物理 王 佳03资料物理 唐 智信息的代价我们知道，信息是可以被准确丈量，并且需求一定量的计算机内存空间来存储。IBM研讨实验室的罗尔朗道在思索物理极限对于计算机处置信息才干的限制时，提出了朗道原理。信息的代价朗道原理信息的擦除必然伴随着热量的释放。朗道信息的代价朗道原理指出，只需有一个比特的信息被擦除就会有一小部分能量以热的方式释放道环境中，散失的能量与环境的温度成比例，在室温中，大致相当于一个空气分子的动能。信息的代价以计算机中逻辑与门为例。在电路中实现逻辑与门时，有两个输入和一个输出，用二进制表示为： 1&1=1 1&0=0 0&1=0 0&0=0信

2、息的代价那么在运算结果是“0时，我们无法确定输入是什么，由于有三种不同的输入： 1&0=0 0&1=0 0&0=0 导致的是一样的结果“0。也就是说逻辑与门实现的操作是不可逆的。信息的代价这样，逻辑与门会损失一部分信息，使原来不一样的选择变得不可区分。也即信息的擦除。正是有了信息的擦除，使得实现与门操作必需付出朗道热力学代价，不可利用的能量以热的方式耗散。假设计算机是由不可逆的逻辑门构造的，能耗是不可防止的。那么我们能不能用可逆的逻辑操作来实现计算呢？答案是一定的。这也就引出了量子计算机。量子计算机 什么是量子计算机？ 这是一种采用基于量子力量的深层次的计算方式的计算机。这一方式只由物质世界中

3、一个原子的行为所决议，而不是像传统的二进制计算机那样将信息分为0和1，用晶体管的开与关来处置这些信息 。量子计算机中心部分的量子记录量子计算机原理传统计算机运用的是二进制数字位(bit，比特)0和1。量子计算机原理量子计算机那么支配着昆比特。一个昆比特阐明一个单粒子能存在于0或1的形状，或者同时存在于0和1的形状。这阐明昆比特比比特可以表示的形状多。而且量子重叠态允许同时进展许多运算，这就是知的量子平行，可以大大减少计算时间。量子计算机原理一个量子重叠态运转一个昆比特位同时储存0和1。两个昆比特位能同时储存一切的4个二进制数。三个昆比特位能储存8个二进制数000，001，010，011，100

4、，101，110和111。下表阐明300个昆比特位能同时储存多于1090个数字。这甚至多于我们这个可见宇宙中的原子数 。量子计算机原理量子计算机原理假设如今我们想求一个函数f(n)，(n07)的值，采用经典计算的方法至少需求下面的步骤：存储器清零赋值运算保管结果再赋值运算再保管结果对每一个n都必需经过存储器的赋值和函数f(n)的运算等步骤，且至少需求8个存储器来保管结果。 量子计算机原理假设是用量子计算机来做这个标题那么在原理上要简约的多，只需用一个量子存储器，把各q-bit制备到( |0+ |1) / (2)态上就一次性完成了对8个数的赋值，此时存储器成为态 |，然后对其进展相应的幺正变换以

5、完成函数f(n)的功能，变换后的存储器内就保管了所需的8个结果。这就是所谓的“量子并行计算。量子计算机原理量子并行计算量子计算机研讨量子计算机的目的： 一是提高计算机的运转速度； 二是减少计算机的能耗。量子计算机的运转速度由于量子计算机采用量子并行计算，使得大数因式分解成为能够，还可以用来模拟量子系统。而这些在传统计算机上是不能够实现的。量子计算机的运转速度如在大数因式分解方面，量子计算机对1000位的大数进展因数分解需几分之一秒，而传统的计算机对1000位的大数进展因数分解那么需1025年。足见量子计算机的优越性。量子计算机的运转速度思索一个简单的例子，由40个自旋为12的粒子构成的一个量子

6、系统，利用经典计算机来模拟，至少需求内存为240=106M，而计算其时间演化，就需求求一个 240 X 240维矩阵的指数 。这是不能够实现的。利用量子计算机，却只需求40个量子比特，就足以用来模拟。 可逆逻辑操作能耗会导致计算机芯片的发热，影响芯片的集成度，从而限制了计算机的运转速度。由朗道原理知道，能耗产生于计算过程中的不可逆操作。研讨可逆逻辑操作是为了减少能耗。实践上，计算机的能耗远比每个逻辑操作所需求的朗道热力学代价大得多，约为100万倍。可逆逻辑操作如以下图，以异或门为例，将不可逆异或门改良为可逆异或门 。可逆逻辑操作这样，将不可逆逻辑操作变为可逆逻辑操作，且后来有人严厉证明了，一切

7、经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算才干。虽然比起我们如今用的电子计算机来，量子计算机有很多不可比较的优点，但由于技术即实际上的缺乏，量子计算机还没能做出来。 大多数专家以为量子计算时机在今后的几十年间出现。 UNSW 设计的核自旋量子计算机 以五分子为硬件的NMR 量子计算机日前，澳大利亚科学家在量子科学方面获得了艰苦的突破，他们在IQOQIInstitute of Quantum Optics and Quantum Information，量子光学及量子信息学会胜利的实现了首个用8个钙离子组成的量子字节Quantum Byte。 美国伊利诺大学香槟分校的科学家最近发现了一种解出算法结果的奇特方法，经过量子计算和量子盘查，在不运转算法的情况下就能得出结果。研讨人员运用一个基于光学的量子计算机初次向人展现了“