量子计算机ppt课件.pptx
,1,量子计算机,1、量子计算机的概念：,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,2,2、量子计算机的历史：,1920年，奥地利人埃尔温薛定谔、爱因斯坦、德国人海森伯格和狄拉克，共同创建了一个前所未有的新学科量子力学。量子力学的诞生为人类未来的第四次工业革命打下了基础。在它的基础上人们发现了一个新的技术，就是量子计算机。 量子计算机的技术概念最早由理查得费曼提出，后经过很多年的研究这一技术已初步见成效。 2001年，科学家在具有15个量子位的核磁共振量子计算机上成功利用秀尔算法对15进行因式分解。 2005年，美国密歇根大学的科学家使用半导体芯片实现离子囚笼（ion trap）。 2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机，但其作用仅限于解决一些最优化问题，与科学界公认的能运行各种量子算法的量子计算机仍有较大区别。 2009年，耶鲁大学的科学家制造了首个固态量子处理器。 2009年11月15日，世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生。,3,2010年3月31日，德国于利希研究中心发表公报：德国超级计算机成功模拟42位量子计算机，该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机，在此基础上研究人员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。 2011年4月，一个成员来自澳大利亚和日本的科研团队在量子通信方面取得突破，实现了量子信息的完整传输。 2012年2月，IBM声称在超导集成电路实现的量子计算方面取得数项突破性进展。 2013年5月D-Wave System Inc宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的D-Wave Two量子计算机。 2013年6月8日，由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验。 据介绍，迄今还没有制造出真正意义上的量子计算机，其中一个很重要的原因是，目前用于量子计算的粒子的量子态并不稳定，电磁干扰或物理干扰可以轻松打乱它们本应进行的计算。,4,3、量子计算机的原理：,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。常识告诉我们：原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。,5,4、量子理论：,量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”，但它的推论显得很“玄”。我们假设一个“量子”距离也就是最小距离的两个端点A和B。按照量子论，物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说，物体在A点突然消失，与此同时在B点出现。除了神话，你无法在现实的宏观世界找到一个这样的例子。量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打了个七零八落。,A,B,瞬移？,6,薛定谔之猫是关于量子理论的一个理想实验。实验内容是：这只猫十分可怜，它被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。这个残忍的装置由奥地利物理学家埃尔温薛定谔所设计，所以此猫便叫做薛定谔猫。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于非死非活的叠加态，这与我们的日常经验严重相违。,7,一个一位的储存器能储存数字0和1，在一个特定时刻只能储存一个数字。相对而言，一个量子运行一个量子比特能储存0、1和0与1的叠加状态，在同一时刻是可以同时存储的。,普通存储器,0,完成,1,量子存储器,0,1,逐步进行,同时进行,8,5、量子计算的特征：,9,6、量子计算机的优点：,（1）低能耗：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的能耗问题。量子计算机的信息处理过程是幺正变换，幺正变换的可逆性使得量子计算机在信息处理过程中能耗较低。（2）超高的计算能力：量子计算机的并行计算能力大幅缩短提取用户所需信息的时间，它可以在几天内解决传统计算机会花费数百万年才能处理的数据，让计算速度“飞”起来。,10,7、量子计算机相关图片：,量子处理器,量子计算机处理器,11,D-Wave内部图,D-Wave计算机,12,量子计算机的前景：,（1）提供更为精准的天气预报： 量子计算机初创企业QxBranch的董事会成员雷伊约翰逊（Ray Johnson）表示，即使用最尖端的仪器分析温度和压力时，也会出现太多可能性，气象模拟变化多端，而当前的天气预报多数也都属于经过分析的大致猜测。但量子计算机可以一次分析所有数据，向我们提供更好的模型，精准地显示恶劣天气会在何时何地出现。（2）药物发现过程更高效： 量子计算机可以绘制出数以万亿计的分子组合模式，并迅速确定最有可能生效的组合，这将大大节省研发成本和药物研发时间。（3）再也没有交通拥堵噩梦： 量子计算机可以对空中交通模式进行复杂分析，意味着可进行更高效的飞行调度，并节省出行所需时间，因为我们可以更好地避免机场飞机起飞和着陆造成的瓶颈。同样的技术也可被应用到高速公路和复杂城市电公路网中，以避免拥堵。,13,（4）可加强军事和国防： 量子计算机却可以比普通电脑或人类快得多的速度筛选大量数据，并向我们提供哪些照片或视频应该做进一步分析，哪些可以忽略和丢掉。普通计算机也不太擅长“瓦尔多在哪儿？”此类识别任务，但像人一样，量子计算机却非常善于从混乱的背景中找出具体细节。（5）安全的加密通信： 在利用EPR对进行量子通讯的实验中科学家发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓解铃还需系铃人，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。（6）加速太空探索： 量子计算机可应付太空望远镜获得的更多数据，并发现更多系外行星，帮助迅速确认哪些行星最有可能适合生命生存。量子计算机甚至能够发现开普勒望远镜错过的系外行星。,14,（7）机器学习和自动化： 这听起来似乎令人觉得毛骨悚然，但像人类一样，量子计算机可从经验中吸取教训。它们可自我纠错，比如，量子计算机实际上可以修改出现乱码的程序代码。这一概念被称为机器学习，与Facebook新闻流会根据你的“点赞”而进行相应变化类似，只是更为复杂。 量子计算机的机器学习可帮助我们更快、更高效地做很多事情，量子计算机功能的持续改善可能促使半自动车辆和其他先进人工智能诞生。,15,THANKS,16,
