《大话量子计算机》PPT课件.ppt

《《大话量子计算机》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《大话量子计算机》PPT课件.ppt（13页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,大话量子计算机,制作人： 巫扬坚 0310342 邢俊波 0310344 杨智 0310346,2,什么是量子计算机？,在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，而且也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit能作为单个的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而且用数字系数代表了每种状态的可能性。这种现象看

2、起来和人的直觉不符，因为在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子力学的规律，量子规律只统治原子级的世界。,3,量子计算机理解,在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，而且也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit能作为单个的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而且用数字系数代表了每种状

3、态的可能性。这种现象看起来和人的直觉不符，因为在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子力学的规律，量子规律只统治原子级的世界。,4,量子计算机发展源头,基于量子动力学的计算设备的设想首先在19世纪70年代和19世纪80年代，由物理学家和计算机科学家，例如IBM Thomas J Watson研究中心的Charles H. Bennett，伊利诺伊州Argonne国家实验室的Paul A. Benioff，牛津大学的David Deutsch和加利福尼亚理工学院（Caltech）的Richard P. Feynman提出。Feynman在1982年制造了一个抽象的模型，该模型

4、示范了如何利用量子系统做运算。他也解释了这样一个机器如何用作量子物理学的模拟器进行运算。以后，在1985年，Deutsch意识到Feynman的主张最终能导致用于一般目的的量子计算机的诞生，他发表了一篇具有决定作用的论文声明任何物理过程，在一般原则下，都能被量子计算机模拟。直到Shor在1994年传播他的一篇预印刷的论文为止，在该论文中他陈述了一个使用量子计算机解决一个重要的数字理论问题的方法，该方法命名为因数分解，所有已发现的量子计算机的应用只是用于一些人为的数学问题。他表明一个特别为量子计算机设计的整体数学运算可以使得这个这个机器以极快的速度把巨大的数字分解因式，这个速度比传统计算机的速度

5、快得多。随着这个突破，对量子计算机的兴趣不再只局限于学术界，而是引起了全世界各领域人士的广泛关注。,5,量子规律只统治原子级的世界,从某光源发射的光子沿某条路径射向一个一面涂有银的镜子。该镜子使光束分离，其中的一半垂直射向接收器A，另一半则射向接收器B。但是，一个光子作为光的最小单位并不能被分离，所以光子被接收器A或B检测到的机率相等。如果凭直觉我们可能认为光子离开镜子的方向是随机的，或者沿垂直方向，或者沿平行方向。但是，量子动力学告诉我们，光子实际上是沿平行和垂直两个方向同时传播的。,图a,6,单粒子干涉,在一个类似图a的试验中，光子被射向半面镀银的镜子，通过接收器显示出的信号（如果一个接收

6、器有信号，那么其它就没有信号）证实了光子是不可分的。根据这个现象，人们可能认为光子的传播路径或者是垂直，或者是平行，并且随机的在两种路径之中选择一个。但是，量子动力学认为光子的传播实际上是同时沿两个方向进行的，而不是像试验a中所示选择其中一种。这种现象，被叫做单粒子干涉。,7,量子计算机的威力和巨大潜力（1）,利用量子重叠解决问题要快的多，例如，一个500qubit的系统，这是传统计算机无法模拟的，这个系统代表了2500个量子重叠态。每一个状态都可以等同于传统计算机中的500个0和500个1。该系统的任何量子操纵一个特殊的无线电脉冲，这种操做可以在第100和101个qubit位执行一个可控的非

7、操作，同时也控制了所有的2500个状态。因此一个信号，一次计算机时钟的滴答的时间之内，一个量子操做不仅能在一个机器状态进行计算，而是象很多计算机进行一样，在2500个机器状态进行计算。但是，如量子动力学中的测量原理所述，最终对这个系统的观测则导致相应于一个响应只产生一个量子态，即只相当于500个0和1。这个有趣的结果是由于通过重叠产生的大量量子平行产生的响应，而这相当于利用具有10150个独立处理器的传统超级计算机所进行的运算结果（而这是根本不可能实现的）。,8,量子计算机的威力和巨大潜力（2）,我们可以举另一个例子来说明。比如，分解一个有400个数字的合数是解码史上的一项壮举，即使用现存最快

8、的超级计算机计算也需要几百万年的时间。但是用量子计算机完成这项任务可能只需要一年左右，因此使用量子计算机可以破解现在使用的最复杂的加密算法。但是现在说来那些使用了目前加密算法的数据还是安全的，因为目前还没有人有建立量子计算机的能力。破解加密术只是量子计算机的应用的一个方面。另外，Shor也把只能运行在量子计算机上的数学运算工具包放在一起，其中的许多运算是用于因数分解运算的。此外，Feynman宣称量子计算机能作为一种量子物理学的模拟器使用，这潜在的打开了在该领域许多发现的大门。虽然目前量子计算机的威力主要还是理论上的思索，但是第一台具有全功能的量子计算机无疑将带来许多新的令人激动的应用。,9,

9、量子计算机的研究现状,量子计算机并没有被经典物理世界所限制，量子计算机依赖于对量子位或者说昆比特（qubit）的观察，量子位可能代表了一个0或者一个1，也可能代表了二者的结合或者可能代表了在0和1之间的一种状态。 IBM的研究者已经通过使用核磁共振（NMR）技术测量和控制单原子自旋建立了量子计算机。通过改变原子能级使该原子在可控制的方式下和其它原子互相影响，然后无线电波的脉冲可以使计算机开始计算处理。,10,量子计算机的研究现状,Los Alamos国家实验室的科学家，IBM，加利福尼亚理工学院和牛津大学的科学家正在共同寻求建造量子计算机的方法。对这些公司和大学来说，一旦成功的克服所有的困难，

10、量子计算机一定会给他们带来巨大的收益。如果试图把量子计算机做成适合日常使用的放在我们桌面上的计算机是不太现实的。因为它们不是很适合做类似文字处理和收发e-mail的工作。另一方面，大规模的加密术是量子计算的很好思路，另外，大规模数据库的建模和检索也是量子计算机能胜任的工作。一些潜在的巨大障碍仍然阻止我们建立一个能够对抗现代数字计算机的量子计算机。在这些困难之中，更正错误、脱散和硬件结构可能是最可怕的。,11,可期待的未来,量子计算机和量子信息技术在科技界的领先地位却是不可动摇的。在这个非常的时刻，科学家们正在逐渐克服障碍从而把量子计算机推进到一个合适的地位，使得量子计算机能够成为现存最快的计算

11、机器。从未来计算机的发展角度看，科学界看好的未来计算机目前有三类：生物计算机、光计算机和量子计算机。DNA生物计算机是美国南加州大学阿德拉曼博士1994年提出的奇思妙想，它通过控制DNA分子间的生化反应来完成运算。但目前流行的DNA计算技术都必须将DNA溶于试管液体中。这种电脑由一堆装着有机液体的试管组成，很是笨拙。光计算机和传统硅芯片计算机的差异在于用光束来代替电子，进行运算和存储。它用不同波长的光来代表不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。然而要想造出光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，用其造成台式计算机，将有一辆汽车那么大。因此，短期内光计算机达到实用很困难。当然，这三种前景看好的计算机，要达到实用化，都有一段路要走。,12,我国量子计算机发展现状,中国科学院院士、我国量子通信与量子信息技术首席科学家郭光灿教授预言：年到年后，世界首台量子计算机将有望研制成功。由郭光灿院士领导的课题小组此前在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题，经由实际通信光路实现了公里单向量子密钥分配。这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统。,13,由于我对这个问题研究还不够深入，还有很多疑点，所以就不演讲了。,