3、多值量子计算：原理、优势与应用

多值量子计算：原理、优势与应用

1. 量子计算概述

量子计算是基于量子力学的新型计算方式，处理的是具有概率性和不可预测性的物理世界。量子是物理量中能独立存在的离散小能量，其大小与所代表辐射的频率成正比，是参与相互作用的物理实体的最小度量。

20 世纪 80 年代，理查德·费曼（Richard Feynman）和尤里·马宁（Yuri Manin）提出了量子计算机的设想。当时，经典计算机无法有效模拟量子系统的演化，费曼在 1981 年提出了能进行此类模拟的量子计算机基本模型，指出其有超越传统计算机的潜力。

1994 年，彼得·肖尔（Peter Shor）开发了肖尔算法，使量子计算机能比传统计算机上的最佳经典算法更快地分解大整数。传统算法分解 300 位数字可能需要数百万年，而量子计算机在数小时内就能完成，这一算法理论上有破解当今许多密码系统的潜力，引发了人们对量子计算及其应用的兴趣。1996 年，洛夫·格罗弗（Lov Grover）开发了量子数据库搜索技术，使广泛问题的解决速度提高了四倍。1998 年，使用 2 量子比特的量子计算机解决了第一批量子算法，如格罗弗算法。2017 年，IBM 推出了第一台商业可行的量子计算机。

2. 量子计算的特性

量子计算机基于量子比特（qubit），与经典计算机的比特不同，量子比特具有独特的性质，主要包括叠加、纠缠和干涉。

2.1 量子叠加

叠加是量子物理的基本原理之一。在经典物理中，一个表示音调的波可看作是多个不同频率波的叠加；在量子物理中，处于叠加态的量子态可视为不同量子态的线性组合，这种叠加态会产生一个合法的新量子态。

例如，电子具有自旋