量子计算[量子计算含义]

作为虚拟币行业人士而言，我们经常都会说到量子计算时有很多细节是需要注意的。你知道量子计算含义？今天就让小编跟你们说说吧！

量子计算含义

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。通用的量子计算机，其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看，量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题，但是从计算的效率上，由于量子力学叠加性的存在，目前某些已知的量子算法在处理问题时，速度要快于传统的通用计算机。

量子力学态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，从而导致量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。随着量子比特数目的增加，对于n个量子比特而言，量子信息可以处于2种可能状态的叠加，配合量子力学演化的并行性，可以展现比传统计算机更快的处理速度。

量子位

量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外，还可处于叠加态（superposed state）。

叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加，它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态，“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（ground state）和第 1激发态（first excited state)、质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、圆偏振光的左旋和右旋等。

一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态。这里所说的态空间是指由多个本征态（eigenstate) （即基本的量子态）所张成的矢量空间，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用Hilbert 空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号|x〉来表示量子态，|x〉是一个列向量，称为ket ；它的共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈x|表示，〈x|是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间（即二维复向量空间）的单位向量来描述，其简化的示意图如右图所示.

叠加原理

把量子考虑成磁场中的电子。电子的旋转可能与磁场一致，称为上旋转状态，或者与磁场相反，称为下旋状态。如果我们能在消除外界影响的前提下，用一份能量脉冲能将下自旋态翻转为上自旋态；那么，我们用一半的能量脉冲，将会把下自旋状态制备到一种下自旋与上自旋叠加的状态上（处在每种状态上的几率为二分之一）。对于n个量子比特而言，它可以承载2的n次方个状态的叠加状态。而量子计算机的操作过程被称为幺正演化，幺正演化将保证每种可能的状态都以并行的方式演化。这意味着量子计算机如果有500个量子比特，则量子计算的每一步会对2^500种可能性同时做出了操作。2^500是一个可怕的数，它比地球上已知的原子数还要多（这是真正的并行处理，当今的经典计算机，所谓的并行处理器仍然是一次只做一件事情）。

量子计算到底是什么呢？

量子计算：突破传统计算瓶颈、拥有指数级计算能力。

突破传统计算瓶颈

计算机发展的瓶颈主要有两个。首先，随着晶体管体积不断缩小，计算机可容纳的元器件数量越来越多，产生的热量也随之增多。其次，随着元器件体积变小，电子会穿过元器件，发生量子隧穿效应，这导致了经典计算机的比特开始变得不稳定。

量子计算机的出现，巧妙地解决了计算机发展的瓶颈问题。丁洪说，从原理来看，量子计算机是可逆计算机，不会丢失信息。经典计算机则是不可逆计算机，不可逆计算过程中每个比特的操作都会有热损耗。

拥有指数级计算能力

中国科学院郭光灿院士曾这样解释量子计算机的计算能力。他说，量子比特可以制备两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储0和1。考虑一个N个物理比特的存储器，若它是经典存储器，则它只能存储2N个可能数据当中的某一个；若它是量子存储器，则它可同时存储2N个数据。而且随着N的增加，其存储信息的能力将呈指数级上升。

量子计算不仅可应用于人工智能领域，提升机器学习效率，还能应对复杂情况，如实现天气的精准预测。生活中的诸多不便如交通拥堵，也能依靠其算法解决。

“（量子计算）发展非常迅速。”丁洪说，以前普遍认为量子计算机是三、五十年之后才能出现的。按照现在的发展速度，可能三五年后就会出现。/pp目前谷歌、微软、英特尔、IBM、阿里巴巴等国际巨头都积极参与到量子计算机的研究中。2017年12月13日，IBM宣布将与三星、摩根大通和巴克莱银行等12家主要公司合作，共同开发商用量子计算。

什么是量子计算？量子计算的前景如何？

量子计算是在遵循量子力学规律，调控量子信息单元进行计算的一种新型计算模式。其未来的应用领域可在对自然的表面观察上进行量子力学的计算，可加速解决我们目前从气候到疾病的各类问题。

一、量子计算

量子计算对照于传统的使用计算机计算模式。其理论模型是用量子力学的规律来进行图灵计算。在计算速度上面有一量子力学叠加算法，在处理问题时速度要快于普通的计算机。量子计算的基本原理是通过量子信息单元状态多种叠加，从而导致量子处理信息时效率上加快。量子计算机中的2位量子位在寄存器中可以同时储存四种叠加状态，当量子比特数目增加的时候，量子力学演化出并行性，加快计算机的处理速度。二、量子计算的应用现状

量子计算使计算机的计算能力超过今天的大部分计算机。但是依旧存在很多障碍性。比如他无法长时间的保持足够量词比特的量子相干性，在同一时间段内也无法做出具有超高精度的量子逻辑操作。目前量子计算机的应用仅限于一些专用的问题上。对于通用任务方面还远远不是传统处理计算机的对手。2011年5月11日，加拿大量子计算公司正式发布第一台商用量子计算机，这部机器声称可以求解最优化、采样、网络安全等各项问题。现在实际应用中却始终争议不断。其整体的性能并没有超过传统计算机，同时在量子加速的理论上也并没有能够证实。三、发展前景2019年10月23日，谷歌宣布在量子计算机上有重大推进。其押注量子计算机可以解决。世界上最紧迫的问题——从气候变化到疾病问题。这一突破让人们距离量子计算更近了一步，在日常生活中，我们可以制造出更高效的电池，通过计算我们可以制造清能源的肥料。这一次创举无疑是对于我们人类来说是一次进步。有时我们努力将量子力学原理应用到生活中的实例。