前言：中文期刊网精心挑选了量子计算的特性范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
量子计算的特性范文1
[关键词]量子；特性；意识；应用
中图分类号：O413.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0298-01
一、量子的基本知识
1、量子
我们在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向，也就是可观测的物理量都在不连续地变化。？比如，我们说一个“光量子”，是因为单个光量子的能量是光能变化的最小单位，光的能量是以单个光量子的能量为单位一份一份地变化的。对于量子的种种特性，连不少科学家都为之迷惑，对于我们普通人来说自然更加高深。今天我就试着走近它，来发现她“幽灵”般的的魅力。
2、量子的特性
量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。
量子叠加就是说量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。好比孙悟空的分身术， 孙悟空可能同时出现在几个地方，他的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我们不可能在不同的地方同时出现，但在量子世界里它却可以同时出现在多个不同的地方。”
而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，还是会出现遥远的点之间的诡异互动，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子纠缠的广泛应用将会改变我们的生活，真正地突破时空的局限，交通、物流也就不再会有时间与空间的阻碍了。我国发射的“墨子号”量子卫星昭示着我国在量子通信领域已处于世界领先的地位。
二、意识是量子力学现象
人们的意识一直都没有搞清楚，用经典物理学的电学、磁学及力学方法去测量意识是测量不出来的，科学家们现在已经开始认识到了意识是种量子力学的现象，意识的念头像量子力学的测量。为什么这么说呢？比如我们面前出现了一座房子，这时有两种可能的状态：一个没有任何心思的人会看房非房，他的意识处于自由的状态，没看到房子是石头的还是木头的，他根本就不动念头。意识也是这样，如果你看到这座房子，一下子动念头了，动念头实质上就是作了测量。
客观世界是一系列复杂念头造成的。有一本非常著名的书叫《皇帝新脑》， 就是研究意识，他认为计算机仅仅是逻辑运算，不会产生直觉，直觉只能是量子系统才能够产生，意识是种量子力学现象，意识的念头像量子力学的测量。而人的大脑有直觉，也就是说人的意识不仅存在于大脑之中，也存在于宇宙之中，量子纠缠告诉我们，一定有个地方存在着人的意识。
三、量子技术的应用
科学家认为，量子纠缠是一种 “神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。实际上，量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。量子技术已经成为一个新兴的、快速发展中的技术领域。这其中，量子通信、量子计算、量子成像、量子生物学是目前的方向。
1、量子通信
量子通信就是通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度。 广义地说，量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方，它的内容包含量子隐形传态，量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说，实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信，解决了以往用微电子技术为基础的计算机信息技术极易遭遇泄密的问题。
2、量子计算
量子计算是量子物理学向我们展示的又一种强大的能力，源自于对真实物理系统的模拟。模拟多粒子系统的行为时，当需要模拟的粒子数目很多时，一个足够精确的模拟所需的运算时间则变得相当漫长。而如果用量子系统所构成的量子计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从此量子计算机的概念诞生。
3、量子成像
量子成像是从利用量子纠缠原理开始发展起来的一种新的成像技术，有一种比较奇妙的现象称之为“鬼成像”。比如将纠缠的双光子分别输入两个不同的光学系统中，在其中一个系统里放入待成像的物体，通过双光子关联测量，在另一个光学系统中能再现物体的空间分布信息。即与经典光学成像只能在同一光路中得到物体的像不同，鬼成像可以在另一条并未放置物体的光路上再现该物体的成像。
4、量子生物学
量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法来研究生命物质和生命过程的学科。薛定谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种有机分子，遗传性状以“密码”形式通过染色体而传递等设想。这些设想由脱氧核糖核酸双螺旋结构模型而得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。
爱因斯坦相对论指出：相互作用的传播速度不会大于光速，可是对于分开很远距离的两个处于纠缠态中的粒子，当对一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态受到关联关系已经发生了变化，这种传输的理论速度可以远远超过光速。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。量子纠缠是量子物理学里最稀奇古怪的东西，即使脑洞大开我们还是很难领会它，另外从常识角度来看，量子理论描述的自然界很荒谬，许多解释还涉及到哲学问题。但另一方面，量子物理学有很广泛的应用，它的发展可能带来行业面貌的改变，所涉及的范围从量子计算机到人工智能，无所不含，这也正是我们深入学习、研究量子物理的动力所在啊！
参考文献
[1] 薛定谔，生命是什么.
[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.
[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.
[4] 中国科普博览.
[5] 科普中国.
量子计算的特性范文2
量子芯片是在传统半导体工业的基础上，充分利用量子力学效应，实现高效率并行量子计算的核心部件。“量子芯片”是未来量子计算机的“大脑”。
新型量子比特在超快操控速度方面与电荷量子比特类似，而其量子相干性方面，却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。同时，该新型多电子轨道杂化实现量子比特编码和调控的方式具有很强的通用性，对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。
（来源：文章屋网 ）
量子计算的特性范文3
【关键词】计算机；发展；应用
【中图分类号】TP309.5 【文献标识码】B 【文章编号】1009-5071(2012)08-0249-01
如今计算机的发展已经进入了人工智能时代，新型计算机的时代又将是新一轮的计算机革命，这又将对社会的发展产生深远的影响。
1 新型计算机系统陆续出现
信息时代对信息的获得能力决定了一个国家或者地区在这个时代的发展能力。全球化已经越来越迅速的今天，世界各国都在加紧研发新型的计算机，计算机的各个方面都出现了质的飞跃。而新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等也将在不久的将来进入我们生活的各个领域，甚至有些已经进入了我们的生活。
1.1 量子计算机：量子计算机的研发是基于量子效应理论开发的，它的运算工作原理是：利用链状分子聚合物的特性来表示信号的开和关，并用激光脉冲来改变分子的状态，使得信息沿着聚合物移动，进行运算。量子计算机的存储单位比以往的计算机都要小许多，是用量子位存储的。具体的表现就是一个量子位可以存储2个数据，这样量子计算机的优势就是比存储量就变的非常庞大，对于工作要求存储量大的电脑用户来说是一个极佳的选择。目前正在研发的量子计算机类型主要有3种，第一种是核磁共振量子计算机，第二种是硅半导体量子计算机，第三种是离子阱量子计算机。科学家们预测，量子计算机将在不久的2030年获得普及。
1.2 光子计算机：光子计算机也可以被称作是全数字计算机，它的工作原理是以光子代替电子，光互连的特性替代导线的互连，用光硬件代替电脑中的硬件设备，用光运算的方式代替电运算的方式进行运算。这种计算机的优势是信息传递的平行通道密度大，而光具有高速、并行的特性，这也就决定了光子计算机并行处理能力强大，运算速度远超人们的想象。
1.3 生物计算机：生物计算机亦称作DNA分子计算机，它的运算过程简单来说就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。计算过程中需要的转换开关是用酶来担任的，程序的表示也将在酶合成系统与蛋白质结构中变得极其明显。生物计算机的运算速度比人脑的运算速度要快100万倍，也就是说生物计算机完成一项运算需要的时间仅仅是10微微秒。这种计算机的优势是惊人的存储量，根据计算，1立方米的DNA溶液可以存储1万亿亿的二进制数据。
1.4 纳米计算机：纳米作为一种计量单位，许多人对其并不陌生，但是对其的具体感觉却并不直观，它的长度大约是一个氢原子的直径的10倍，它的具体表述就是10-9米。现在纳米技术在计算机领域正在从微电子机械系统中被运用，这个系统是把传感器、电动机和计算机的个各种处理器放在了同一个芯片上。这种用纳米技术的计算机芯片非常微小，体积一般不过就是数百个原子的大小。它的优点就是几乎不需要消耗任何能源，性能更是比现在的计算机要强大的多。
2 计算机技术发展
2.1 现代微型处理器技术发展：计算机性能的提升关键技术就是微型处理器的发展，这种技术追求的就是把处理器里的晶体线宽和尺寸的减小。要实现减小的目的，一般是通过用较短的波长的曝光光源来掩膜曝光，使做出的联通晶体管的导线和刻蚀于硅片上的晶体管更细更小的方法来实现的，这种技术到现在一般是用紫外线作为曝光光源，不管有个限制难题就是线宽小于或等于0.10流明的情况下会受到阻碍，也因此现在的计算机技术已经不再追求利用紫外线做光源来提升计算机的性能发展方向了。
2.2 以纳米为主的电子科学技术：当今计算机技术的发展障碍是处理速度和集成度，尽管现在的电子计算机的电子元件得到了有效的改善，但是相对于现在要求电子计算机的高速化，智能化，和微型化的要求是远远不够的， 所以今后计算机的技术发展也不再是局限在单纯的缩小尺寸方面，还要用其他的创新手段来完善计算机技术。
2.3 分组交换技术的发展：分组交换技术是把需要传送的数据划分为一些等长的部分，每个部分叫做一个数据段的技术。在这些数据段的前面添加一个控制信息组成首部，就可以构成一个分组。分组通过首部指明了需要发往的地址，然后节点交互机根据分组的地址，将他们发往目的地。整个过程就是分组交换过程，这种技术很好的提升了通信的效率。
3 计算机技术发展方向
现在的计算机在人们的生活中已经扮演了一个非常重要的角色，但是它的角色只会变得越来越重要，因为以计算机技术为基础，人类将进入智能化、物联网的时代。
3.1 纳米技术需要大力发展：纳米技术不受到传统的计算机集成和处理速度的限制，纳米技术就成了今后计算机技术大力发展的一个方向了。今后出现的量子计算机和生物计算机的发展都有赖于纳米技术在计算机领域的应用和发展，为推动今后计算机的运算速度和存储能力远远超越现在的计算机，大力发展纳米技术也成了一个必要的选择。
3.2 着力改善计算机的体系结构：计算机是一个具有不同功能的体系结构，也是一个组合体。当代几乎所有的大型电脑和微型电脑都有可以同时处理不同问题的能力，这种功能就是是当前计算机的主流结构：并行计算。另外大型电脑有一个群集的发展趋势，使用户对相融性和可靠性的需求获得提高。
3.3 网络技术推动计算机智能化、物联网方向发展：大力发展网络技术有助于计算机技术的进一步发展，人们今后进入智能化、物联网时代都要依靠网络技术的发展。今天的人们之所以离不开计算机，一个主要的原因就是网络技术的发展。通过网络，人们在家里都可以实现购物，娱乐，获取信息等目的。
量子计算的特性范文4
关键词：量子定位 量子纠缠 Hong-Ou-Mandel干涉
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0007-02
Abstract：For the traditional satellite navigation and global positioning system， the positioning accuracy is limited by the energy and bandwidth of electromagnetic pulses. With the development of quantum mechanics， laser pulses are used to replace the electromagnetic pulse signal and realize a high positioning precision approximating the physical limits because of their quantum entanglement properties， which is named as“quantum positioning system”. To describe the basic principle and characteristics of the quantum positioning advantages， while its key technologies and the broad application prospect in the future are analyzed as well.
Key Words：Quantum Positioning；quantum entanglement；Hong-Ou-Mandel interference
卫星导航定位技术以天基人造卫星为基本平台，能够为全球海、陆、空、天各类军民用载体提供全天候、二十四小时连续不间断的高精度三维位置、速度和时间信息。目前技术成熟的卫星导航定位系统，包括美国的全球定位系统（Global Position System，GPS），欧洲导航定位卫星系统，我国的北斗导航系统，广泛应用于交通导航、卫星授时应用、应急指挥、民用水情测报服务等，发挥了非常重要的作用。
虽然GPS在导航定位领域获得了前所未有的成功，但仍然存在以下几个方面的问题。
（1）定位精度仍然不够高，系统体制仍存在着物理极限。因为GPS定位的原理是通过重复地向空间发射电磁波信号，检测电磁波到达待测点的时间延迟来实现的，这种以经典物理学为基础的方法受到所能实现的可利用功率及带宽的限制，其测量精度很难获得进一步的提高。此外，电磁波信号受到电离层和对流层的干扰，特别在城市、山区等复杂自然环境下，由于高层建筑、树木等对信号的影响，会导致信号的非直线传播，从而使得不同环境下的导航效果具有比较大的差异。
（2）保密性较差，美国斯坦福大学设立有一个专业实验室，主要截获并分析全球所有的卫星信号，华裔学者Grace Xingxin Gao在2008年的博士论文《Towards navigation based on 120 satellites： analyzing the new signals》，较为详细地阐述了卫星信号的跟踪与破译方法，虽然不能确信是否能够破译所有的伪随机码，但至少是可以部分破译的。
（3）抗干扰能力差，与其他传感器系统相比，GPS信号强度很弱，因此更加容易受到电磁干扰，使基于GPS的导航系统存在稳定性漏洞。
由于存在着这些缺陷，美国投入巨资完善并发展GPS系统。基于量子技术的量子定位系统（Quantum Positioning System， QPS）作为一种定位精度高、保密性能强的导航定位技术，就是其发展重点之一。量子定位的概念最先是由美国麻省理工学院研究人员于2001年提出，其与传统定位系统的本质区别在于所采用信号的不同。传统定位如GPS系统采用的是基于重复发送电磁波脉冲测量信号达到时间，通过计算得到距离信息，而量子定位系统采用的是具有量子特性的光子脉冲。利用光子的微观量子特性，如量子纠缠和量子压缩态，量子定位系统就能够超越经典测量中能量、带宽和精度的限制，精度可接近海森堡测不准原理所限定的物理极限。
1 量子定位技术的关键技术
1.1 量子定位系统的原理
量子定位技术利用具有量子特性的激光脉冲，取代传统GPS的微波信号来实现精确定位。区别于微波信号的长波长波束覆盖宽，激光的波长很短指向性很高，卫星与用户间的传统同步方法不再适用。因此量子定位系统的定位不应是取代现有GPS，而是与GPS相结合，实现安全高精度的定位目的。通过对量子定位技术原理的研究与优选，提出具有实用性的量子定位系统体系架构以及面向用户的应用模式，才能将量子定位系统推广应用。
量子定位系统由量子纠缠态光源、HOM干涉测量部分以及系统控制部分组成，其基本原理与关键特性如下。
（1）高性能量子纠缠态光源。在光与非线性晶体相互作用的过程中，能够产生一种非线性光学效应，这种效应一对低频率光子具有很强的量子纠缠、关联和非定域特性，可实现时间和空间上的高精度测量。作为光源，光子纠缠态的纠缠纯度、退相干时间对系统性能将产生巨大的影响。
（2）高稳定HOM干涉测量与处理。在量子力学的Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉中，由于双光子的纠缠特性，干涉是不可区分的双光子整体态。当两个光子在时域上同时到达分束片上时，双光子态不可区分，此时干涉出现，两个探测器的计数出现强的反关联。反之，当我们改变一条链路中的延时，致使复合计数出现强的反关联时，即可知道此时两个光子在时域上不可区分。这正是利用HOM干涉实现量子定位系统的基本原理。
（3）高精度ATP与时间同步技术：在单组基线的系统中，需通过改变可控反射模块来实现基线与待测点r0之间建立稳定的光链路。二者的精确指向将影响到最终定位的精度，因此对反射模块的反射角度需要进行反馈控制。在利用参考光实现对于待测点ATP（获取、跟踪、瞄准）之后，定位过程将通过精密调整延时并观测探测器的复合计数来实现。
1.2 量子定位系统与量子保密通信的结合技术
原理上，量子定位系统与量子保密通信都是基于量子纠缠态的分发与后处理。因此，在同一套系统中实现两种功能具有可行性。研究在量子定位过程中引入量子保密通信的技术，实现对交互信息的保密处理，提高量子定位系统的安全性。两者相结合，能够充分发挥量子定位系统技术优势的方法，能有效提升量子定位的使用程度，是未来量子定位系统的一个应用方向。
1.3 大气、重力场环境的干扰校正技术
与GPS类似，为了实现宽覆盖、全天候工作，星载平台将是未来量子定位系统走向实用化的最佳平台。对于LEO低轨卫星等自由空间传输的星地链路而言，大气的损耗、湍流、散射，重力场对于授时的影响都是系统中必须考虑的因素，必须通过对环境的建模与仿真，分析对信息传输链路的影响，以实现量子定位系统的校正。
2 量子定位技术的发展前景
量子定位技术作为一种不同于传统GPS的新型精确定位技术，是量子光学和通信导航技术相融合的典范。这项技术的深入研究，能为下一代高精度导航系统提供量子水平的定位精度。特别是在以下两个方面。
（1）量子定位系统技术理论和工程实现将促进电子信息系统进入量子时代。
随着信息化社会的发展，未来将逐步进入量子的时代。在量子领域的实用化进程中，高性能、大规模的量子设备（如星地量子保密通信、量子计算处理芯片、高性能纠缠源）已逐步面世。这也为量子定位技术逐步实用化提供了良好的基础。
（2）量子定位系统与量子密码技术的结合是未来实用化的最佳途径。
目前量子密码是目前最具有实用性的量子技术。将量子定位系统与量子密码技术相结合，扩展研发系统的功能，改善系统的安全性与抗干扰性。这对于军用安全电子以及电子对抗装备意味着创新的实现。同时作为一种全新的交叉领域的产物，针对量子定位系统技术的深入研究和实际系统研制，将大力促进我国在量子领域、激光通信等相关学科的快速发展。
量子计算的特性范文5
论文摘要:本文介绍了量子计算纠缠和量子比特的基本概念，系统阐述了几种主要的量子算法:Shor算法———大数质因子分解的量子算法;Grover搜索———无序数据库的搜索;Hogg搜索———高度结构化搜索。在对量子计算基本理论和量子算法有一定认识的基础上，进一步介绍了在量子计算实验方面起重要作用的二种体系:核磁共振、腔与原子体系。
Abstract:In this thesis，several basic conceptions of quantum computation are introduced，such as entanglement，quantum bit.Several kinds
of main quantum algorit hms are illustrated，such as Shor algorit hm-t he quantum algorit hm for factoring，Grover search-t he search for t he disordering
database，Hogg search-high structurization search.On t he basis of knowledge of basic t heories of quantum computation computing and quantum algo
2
rit hm，two kinds of systems which play important role in t he experiment of quantum computation was introduced，Nuclear magnetic resonance and cavi
2
ty atom system.
Key words:Quantum algorithm Quantum computation Quantum bit Entanglement
量子计算是量子物理与计算机科学交汇而生的一门新兴学科。它的出现实质上是量子物理学向物质、能量和信息这三大领地的最后一块信息领域的进军。
一、量子计算的基本理论
1、纠缠
1935年，Schr dinger首先给出了纠缠态的定义:由空间分离的两个子系统构成的纯态，如果系统波函数不能分解为两个子系统波函数的乘积，那么这样的波函数表示的态称作两个粒子的纠缠量子态。1935年，Einstein，Podolsky和Rosen首先讨论了一个具体的两粒子纠缠量子态。在这个著名的实验中，两粒子的纠缠量子态为:|Ψ〉=∑a，bδ(a+b-c0)|a|b〉
其中a，b分别为粒子1和粒子2的位置或动量，C0为常数。这个纠缠态的一个最明显的特征是:其中任何一个子系统的物理量的观测值(位置或动量)都是不确定的。但是，如果其中的一个子系统的物理量的观测值处于一个确定的值，那么我们就可以确定另外一个子系统的相应物理量观测值。
2、量子比特
量子比特有微观体系表征，如原子、核自旋或光子等。|1>和|0>可以由原子的两个能级来表示，也可以由核自旋或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是，量子比特|1>和|0>之间存在着许多中间态，即|1>和|0>的不同迭加态，例如12(|0>+|1>)表示一个两子比特同时存储着0和1。因此，对于位数相同的n个比特，量子比特可以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。对于两个量子比特的体系，其完备基由四个布尔态|00>、|01>、|10>和|11>组成。考虑它们之间的迭加，我们可以发现，|10>+|11>=|1>(|0>+|1>)，这是由两个量子比特构成的直积空间。而|11>+|00>或|01>+|10>则不能再写成直积形式。后面这种情况就是前面提到的纠缠。对于一个处于纠缠状态的体系，我们不能确切地指出其中某一个量子比特是处于|1>还是|0>。更一般的纠缠态是处于2n个布尔态的n个经典比特组成的迭加态。|Ψ〉=∑11…1x=00…0Cx|x〉其中Cx可以是复数并且满足∑x|Cx|2=1。当Cx=12n时，称为等幅迭加态。这种等幅迭加态在以下要介绍的各量子算法中经常被用作初态。从上式也能看出，|Ψ>是一个2n维的Hilbert空间中的一个单位矢量。它所在空间的维数是随n呈指数型增长，这明显区别于经典体系中随n呈线性增长的态空间。在一个孤立的量子体系中，对态的操作应是幺正的、可逆的。因此，我们构造的量子逻辑门也应满足这个特征。
二、量子算法
1、Shor算法———大数质因子分解的量子算法
用经典计算机来进行大数质因子分解，随着N的增大，所需比特数(即内存)是呈指数倍的增长。按照组合数学理论，当计算规模随着问题的难度呈多项式型增长时，该问题为P(Polynomial)问题。对于P问题，我们在有限的时间内总能找到办法求得它的解。对于我们在有限的时间内不可能找到办法求得解的问题称之为NP(Non-Polynomial)问题。目前世界上应用最广也是最成功的加密方法-公开密钥RSA系统的核心思想就是利用大数在有限时间内不可有效质因子化这一结论。1995年，P.W.Shor提出一种量子算法，能将这一著名的NP问题化为P问题，矛头直指RSA方法，从而在全球掀起了量子计算的研究热浪。在Shor算法中，寻找一个大数的质因子问题被转化为寻找其余因子函数的周期。只要该周期被找到，并且为一个偶数，那么利用剩余定理，就能得到该大数的质因子。给定整数N，选取一个与N互质的数a(a
不难看出，fa，N(x)的变化是有规律的，其变化周期为r=4。知道了这个周期，就可以利用孙子定理:设A=ar/2+1，B=a
r/2-1，其中r必须为偶数，且ar/2mod(N)≠1。求出A、B之后，再分别求A、N和B、N的最大公约数(gcd)。设C=gcd
(A，N)，D=gcd(B，N)那么一定有C×D=N，即N被成功地质因子化。Shor算法的关键在于求出大数N的余因子函数的周期r。不过，由于余因子函数的周期r不能在量子计算中被有效测出，因此在Shor算法中需借助量子离散傅立叶变换，将余因子函数的周期换成另一个可测的周期。
2、Grover搜索:无序数据库的搜索
Grover提出了一种算法:利用量子态的纠缠特性和量子并行计算原理，可以用最多n步的搜索寻找到所需项。Grover算法的思想极为简单，可用一句话“振幅平均后翻转”来概括。具体说来是以下几个基本步骤:
①初态的制备。运用Hadamard门将处于态|0>和|1>的各量子比特转化为等幅迭加态。
②设数据库为T[1，2，，N]共，n项。设其中满足我们要求的那一项标记为A。于是在T中搜索A类似于求解一个单调函数的根。运用量子并行计算可以将A所在态的相位旋转180°，其余各态保持不变。即当T[i]=A时，增加一个相位eiπ。
③相对各态的振幅的平均值作翻转。这一操作由幺正矩阵k1，k2…knD完成，其表达式为Dij=2/N，Dij=-1+2/N。
④以上②③两步可以反复进行，每进行一次，称为一次搜索。可以证明，最多只需搜索N次，便能以大于0.5的几率找到我们要找的数据项。Grover算法提出之后，引起了众人极大的兴趣。Grover算法中的翻转方法不仅被证明是最优化的搜索方式，而且也是抗干扰能力极强的方法。
3、Hogg搜索:高度结构化搜索
前面介绍过的NP问题中有一类名为可满足性问题(Satisfiability Problem，简称SA T问题)。一个典型的SA T问题是包括有n个变量的一个逻辑公式，要求给予其中每个变量一个赋值使逻辑公式为真。数学上已证明，解决SAT问题的代价是随着变量数的增加而呈指数型增长。然而对于某些简单的情况，人们可以利用问题中具有的规则结构来迅速准确地搜索出问题的解。例如对于1-SAT问题，用经典试探法进行搜索，找出解的代价为最多需用n步。对于量子计算而言，由于能进行量子并行计算，因而可以仅以一步的代价找出1-SAT问题的解。下面以有m个逻辑子句的1-SAT问题为例。与Grover搜索相似，我们先在n个量子比特上制备一个等幅迭加态作为初始态，即|Ψ〉=2-n/2∑n-1s=0|S〉。另外，我们需设计好两种幺正操作R和U，其中R为对角矩阵，其归一化对角元为Rss=2cos[(2c-1)π/4] m=偶数ic
m=奇数。(3.3.1)式中的c(0
转贴于 对于以上1-SAT问题，显然有m个变量是约束的，而剩余的n-m个非约束的变量则对应于2n-m个解。对于1-SAT问题，用Hogg算法能决定性地一步找到解。如果通过一步逻辑操作未能明确地发现解，则意味着该
问题无解。不难看出，Hogg搜索的效率远高于上节介绍的Grover搜索。这两种搜索的差别在于，Hogg搜索利用了数据库的结构信息，因而能将一个NP问题转化为P问题。而Grover算法解决不了N P问题，它相对于经典搜索只是提高了搜索效率。Hogg搜索的另一个优势在于具有强的抗消相干能力。由于它的逻辑步数少，因而消相干效应对其影响非常小。
三、量子计算实验
与量子计算理论方面的飞速进展相比，量子计算的实验进展则要慢得多。本章主要介绍二种体系:核磁共振和腔与原子体系。
1、核磁共振(NMR)
核磁共振技术是目前在量子计算领域使用最为频繁的实验手段。运用这一技术手段，操作作用在1023数量级的分子系综的自旋态上，通过测量，得到这些分子的平均自旋态。虽然每个分子的自旋都可能不尽相同，但通过spin-e2cho技术可以按我们的意愿改变个别分子的自旋方向。由于核磁共振体系实质上是一个宏观系综，因而外部环境对它的消相干的影响极小。且样品的核自旋处于近独立的状态，几乎不受电子和分子的热运动的干扰。但是，宏观系综原则上没有量子特性，只有纯粹的量子系综才具有量子纯态的特征。只有当它被制备到一个特殊状态—赝纯态时，才能完成量子计算的工作。下面举例介绍实现两量子比特的Grover搜索的实验。实验中所用样品为C-13同位素标记的氯仿HCCL3。实验中用碳和氢的核自旋来标记|1>和|0>，其中13C的中心共振频率约为125MHz，1H的中心共振频率约为500M Hz。实验体系的哈氏量为H=2πnhJ ICZ IHZ+PH
2、腔与原子体系
腔量子电动力学(C-QED)体系是另外一种可以进行量子计算的量子系统。腔量子电动力学体系之所以可以实现对两位量子信息进行处理量子系统，一个重要原因就是腔中的辐射场与原子具有很强的非线性相互作用，这种相互作用的演化导致腔场和原子体系的本征态处于纠缠态。腔量子电动力学体系包含光腔和微波腔。这里我们主要介绍微波腔体系中应用Rydberg原子与微波腔相互作用实现的条件量子相移门(QPG)。条件量子相移门(QPG)需要对两量子位的如下变换:
|a，b〉ex p(i，|b>分别代表两量子位的基矢|0>或|1>，而δa，1，δb，1为通常的克隆尼克符号。条件量子相移门(QPG)在两个量子态都处在|1>时，产生一个=|0>或1个光子的腔场|a>=|1>而，目标量子位是Rydberg原子的两个能级|i>(定义|b>=|0>)和|g>(定义为|b>=|1>)。
实验中应用的Rb原子的能级除了目标量子位两个Ry2dberg原子的能级|i>和|g>以外，还包括一个相关的能级|e>。三个相关的Rydberg原子态分别代表Rb原子的主量子数n=51(|e>)，n=50(|g>)和n=49(|i>)。原子的能级|e>和|g>与微波腔场发生共振相互作用，而原子能级|g>和|i>之间通过另外的微波场产生耦合。当原子处于能级|i>或者腔场处于|0>，原子与腔场的系统状态不发生变化，而当原子腔场的初始处于|g，1>态时，控制原子的速度使原子|g>与|e>量子态在腔场中经历一个2π的拉比振荡，|g，1>态演化为-|g，1>=exp(πi)|g，1>。因而系统的演化可以描述为:|a，b〉ex p(iπδa，1δ
b，1)|a，b〉这个过程实际实现了相移为π的条件量子相移门(Q P G)。
参考文献:
①L.Isaac，G.Neil，K.Mark.Experimental Implemen2tation of Fast Quantum Searching[J].Phys.Rev.Lett.1998，
80:3408-3411.
②A.Salomaa著，丁存生，单炜娟译.公钥密码学[M].北京:国防大学出版社，1998
③M.R.Garey，D.S.Johnson.Computers and in2tractability[M]:A Guide to t he t heory of N P-Completeness.
San Francisco:Freeman Press，1997
量子计算的特性范文6
[关键词]物理学理论 计算机技术 量子计算机
中图分类号：O4-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0198-01
一、近代物理学理论的发展与现代物理学理论
现代物理学的发展即为19世纪至今，是现代物理学理论发展不断壮大的时期。
当力学，热力学，统计学，电磁学都发展的很完善时，有“两个不稳定因素”打破了物理界的当时的境况，推动了物理学的变革。第一个是迈克尔逊-莫雷实验，即在实验中没测到“以太风”，也就是说不存在真正的参考系，光速与光源运动无关，光速各向同性。第二个是黑体辐射实验，用经典物理学理论无法解释实验结果。
20世纪初，爱因斯坦打破了传统的物理学理论，提出了侠义相对论，彻底了之前牛顿提出的绝对时空观的理论。十年后又创立了广义相对论，阐述了万有引力的实质。
物理学界的第二个稳定因素――黑体辐射实验，通过普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学应时诞生了。随着薛定谔波动方程解释物质与波的关系，量子力学愈来愈趋于完善。
量子力学与相对论力学在现代物理学理论发展中是不可忽略的伟大成就。这两个的研究的对象也发生了改变，由低速到高速，宏观到微观等，物理学理论也日趋成熟。
二物理学理论是计算机诞生的基础
物理学作为理论基础：随着微积分、力学三大定律、万有引力定律，经典光学理论的建立，总所周知的一位伟大的物理学家――牛顿的整个力学的体系也完美的呈现于人们眼中。一对天才数学家布尔和德莫根历经无数次的推演证明，挖掘出了数理逻辑中那闪耀着最亮的光辉――布尔代数：电磁理论则是伟大的物理学家法拉第和麦克斯文创立的！而微观领域上的量子力学经由多位物理学家――德布罗意、玻尔、爱因斯坦、海森伯、薛定谔建立;还有电子三极管经过无数次实验也被德弗雷斯发明出来了。
上世纪40年代，200多位的专家研制小组由美国国防部任命的莫奇利和埃克特领导着并且克服了无数困难，两年中坚持的开发创新，人类第一台计算机――ENIAC（1946）在宾夕法尼亚大学研制成功！这不仅是第一台电子管数字积分计算机更是人类文明进步的一大步。
随着第一台计算机的成功研制的第二年，一种不仅小而且安全可靠，又不会变热，结构也什么简单的晶体管在美国的科学家巴丁等人研制出来。德克萨斯一器和仙童公司也紧跟着飞速发展的科技的步伐，在1953年成功的生产出了首个集成电路。次年，得克萨斯仪器公司首先的宣布他们拥有了集成电路的生产线，这意味着集成电路可以大量的投入生产和使用，然后TRADIC――首台晶体管计算机诞生了，这个在体积上要小很多的计算机就诞生了。
伴随着集成电路的出现，第三代计算机则是诞生在60年代中期。同样是由IBM公司生产出的IBN600系列计算机成为了第三代计算机的代表产品。早一些的INTEL8080CPU的晶体管集成度超过5000管/片，1977年在一个小小的硅片上就可包含几万个管子。
随着时间的推移，以大比例的集成电路当作逻辑元件和存储器的第四代计算机也向着微型或巨型改。计算机的处理器也由8086不停地在转化，到了我们熟知的奔腾系列。
不管是计算机的理论基础还是硬件设施，其实都是以物理学理论为根本的。物理学理论与计算机技术在未来的日子里互相补益，会不断的推动科学向前飞速发展的。
三、计算机零件应用的物理学理论
液晶屏，一听名字就可以想象得到它是以液晶材料为基本组件的。实际上液晶屏就是把液晶材料填充于两块平行板之间，并且利用电压来改变其材料内部的分子排列情况，控制遮光与透光以显示明暗不同，鳞次栉比的图案。如果想要显示彩色的图案时，只要把带着三元色的滤光层加入到两块平行板之间就可以了。液晶屏的广泛应用还因为其功耗十分的低，应用电池的电子产品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固态与液态之间，那么就可以既体现固态晶体所有的光学特性，还可以表现出液态的流动特性。总结液晶的物理特性可归纳为：粘性、弹性和其极化性。
目前的CPU一般就是包括三个部分：基板、核心、针脚。大家都知道有一种电脑的硬件的组成的基本单位十分的重要，就是晶体管，而CPU的主要的组成也是晶体管。AMD主流CPU内核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配备，通常采用3750万个晶体管，而Barton核心使用了5400万个晶体管，核心Opteron处理器使用多达1.06亿个晶体管;。因此，实际上说的CPU核心构成的最基本单位就是晶体管的的芯数，针脚。所说的基板通常是印刷电路板，它承载着核心与针脚。然后该晶体管通过电路连接，成为一个不可或缺的整体，然后可以去分成不同的执行单元，每个单元又可以去处理不同的数据，这样有秩序的完成每个任务，才会准确而快速，这也是CPU为何拥有如此强大的处理能力的原因。
其实还有很多的零件都运用了大量的物理学理论。下面向大家介绍一下比较先进的计算机――量子计算机。
四、简介量子计算机
从物理观点看，计算机是一个物理系统.计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统，量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。
量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与量子计算机有关的量子力学的原理，即量子状态的主要性质包括：状态叠加、干涉性、状态变化、纠缠、不可复制性与不确定性。
量子计算机具有学术价值和产业价值不可估量。对人类的文明，它实际上是一个很大的进步，我认为最主要的方面则是它的工业价值。最直接的应用各种各样的量子算法，他就可以用于商用化。
可以回想机器在20年前的悲惨境况和现在的春分得意，利用机器学习是很难在工业部门查找数值，因为计算能力的时候真的很烂。然后还要测试几个月，谁还有时间来调整参数啊。而这两十年间，计算机体系结构不断的优化下，机器学习强大了好多倍。想想看，如果我们比今天的计算能力更强大，我们无法想象一个强大的AI强量子任务不是指日可待？而当每家每户都有一个量子计算机，互联网将演变成什么形式？总之，商业量子计算机将是未来科技的发动机，就像蒸汽机是工业文明的象征，量子计算机的前景值得我们期待！
我国科技飞速发展的今天，我们不难发现现代生活已经步入了一个电子的天堂，计算机将会发挥它不可估量的价值，而作文计算机技术的支架――物理学理论也在不断的发展着，这就要求我们在紧跟着的脚步，努力研究，发现问题、认识问题、解决问题，逐渐的将我们国力壮大，2020年全面建成小康社会。
参考文献
[1] 王炳根.百年物理学发展的回顾与未来的展望[J].南平师专学报. 1997，04：11-14.
