量子計(jì)算機(jī)是未來量子技術(shù)時(shí)代最具顛覆性的技術(shù),文中將以量子計(jì)算機(jī)的誕生、工作原理和在世界范圍內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀為主要闡述內(nèi)容。目前階段,量子計(jì)算機(jī)的研制已從以院校、研究所的基礎(chǔ)性研究為主體的階段,過渡到以公司企業(yè)為主要研發(fā)驅(qū)動(dòng)力的階段,并開始逐漸進(jìn)入到"量子霸權(quán)"的發(fā)展新階段,當(dāng)然,目前的量子計(jì)算機(jī)還比較初級,離可破解密碼的通用量子計(jì)算機(jī)還有很長的路要走。 

【文章來源】：南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,40(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

量子計(jì)算機(jī)的工作原理

量子計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)一樣,用于解決某種數(shù)學(xué)問題,因此它的輸入數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出都是經(jīng)典的數(shù)據(jù)。區(qū)別在于處理數(shù)據(jù)的方法上,兩者具有本質(zhì)的不同。量子計(jì)算機(jī)將經(jīng)典數(shù)據(jù)制備在量子計(jì)算機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的初始量子態(tài)上,經(jīng)由一系列幺正操作演化為量子計(jì)算系統(tǒng)的末態(tài),對末態(tài)實(shí)施量子測量,便輸出運(yùn)算結(jié)果。圖1中虛框內(nèi)都是按照量子力學(xué)規(guī)律運(yùn)行的。圖1中的幺正操作(U操作)是信息處理的核心,如何確定U操作呢?首先選擇適合于待求解問題的量子算法,然后將該算法按照量子編程的原則轉(zhuǎn)換為控制量子芯片中量子比特的指令程序,從而實(shí)現(xiàn)了U操作的功能。量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際操作過程如圖2所示。工作人員在電腦上操作輸入問題和初始數(shù)據(jù),經(jīng)由量子軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為量子算法,隨之進(jìn)行量子編程,將一系列指令發(fā)送至量子計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)對量子芯片系統(tǒng)實(shí)施對應(yīng)的操控,操控結(jié)束后,量子測量的數(shù)據(jù)再反饋給量子控制系統(tǒng),最終返回到工作人員的電腦上。

量子邏輯電路是用于實(shí)現(xiàn)U變換的操作,任何復(fù)雜的U操作都可以拆解為單量子比特門Ui和雙量子比特門Ujk的某種組合(即可拆解定理),Ui和Ujk是最簡單的普適邏輯門集。典型的單雙比特門如圖3所示[5-7]�；诹孔訄D靈機(jī)(量子邏輯電路)的量子計(jì)算稱為標(biāo)準(zhǔn)量子計(jì)算,現(xiàn)在還在研究的其他量子計(jì)算模型還有:單向量子計(jì)算、分布式量子計(jì)算、拓?fù)淞孔佑?jì)算和絕熱量子計(jì)算(量子退火算法)等。


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