一张图读懂系列|什么是量子计算机

最新推荐文章于 2022-08-29 12:58:16 发布
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#量子计算机 #量子计算

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量子电动力学和量子场论,多体系统的量子场论
Supermen333的博客
08-22 2255
我粗略的看了文小刚老师的《量子多体理论》，发现基本上这里面的内容我曾经都在学量子场论的过程中计算过，除了最后的弦网凝聚以及量子霍尔效应中流体力学方法。可以初步认为，量子多体理论可以看成欧几里德空间量子场论与格点量子场论的结合。前者是wickrotation后的量子场论，后者可以先考虑Z_2对称性，然后推广到更一般的Z_n对称性。一般来说，量子多体理论指的是涉及粒子数量较大（凝聚态系统）、关注能量较低过程的量子场论，因为能量较低，没有高能意义下的粒子生灭。谷歌人工智能写作项目：爱发猫。量子学领域是非常尖端的领
Towards quantum machine learning with tensor networks(基于张量网络的机器学习研究)
欢迎来到 豪哥 的博客
08-05 3947
虽然本人这一个多星期停更了，但是只有鬼知道我这两个星期经历的什么，我从今年的三月份开始正式写博客，本来出发点是一边记录自己的大学课外的学习历程（虽然我才大一），一边进行深度科普，让更多的小伙伴们真正的从入门开始了解量子，熟悉量子，热爱量子，前面半年，我从大一的线性代数到初入量子世界（线代是量子的数学语言），再到后面的量子计算入门，紧接着的就是张量，机器学习，张量分解，张量网络，很多时候我会疑惑 ，机器学习和量子有什么关系，随着学的东西越来越多，眼界越来越开阔，我发现这些都是我们最敬爱的小红的老师为我们的基础
一张图带你看懂系列--CS231N-Assignment2-全连接层&CNN码结构图
sun1398的博客
07-01 781
cs231n课程的作业1，根据作业内的文件分布和函数功能做出以上流程图。
技术前沿与经典文章36：一幅图读懂量子力学（薛定谔的猫）
snmplink的博客
08-15 1543
一只1935年的猫，足足横行科学圈几十年， 还成为了科学史上第一神兽。 杠精薛定谔本想讽刺一把量子力学， 可最后，他的猫却成了量子力学最知名的“代言人”。 （原图较长，点击查看原图，就可以详细查看） ...
量子计算机
10-26
什么是量子计算，以及它的革命性在哪里？本书对量子计算的前世今生进行了详细研究和梳理。
我国量子计算机 图片,Origin Q一周速览：国内首个量子计算生物化学行业应用生态联盟成立...
weixin_36052776的博客
07-17 276
国内篇生物化学正式进入“量子计算”赛道6月29日，由本源量子与德美化工在合肥高新区联合举办“量子计算•产业赋能”高峰论坛暨量子计算生物化学行业应用生态联盟成立大会圆满落幕。安徽省科学技术厅副厅长姚群先生、省经信厅潘峰总经济师、合肥市科学技术局副局长吴海军等领导出席此次会议。该联盟也是我国首个量子计算生物化学行业应用生态联盟，这也意味着我国生物化学行业正式进入“量子计算”赛道。图片来源：本源量子当天...
量子计算机完整的图片,记者带你走近世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机（组图）...
weixin_31640385的博客
07-15 1299
在光学体系方面，研究团队在去年首次实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。图为基于单光子的量子计算原型机结构。潘建伟教授供图据了解，多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，并于2016年底把纪录刷新至十光子纠缠。在此基础上，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量...
【一文读懂】：对话框项目中图形绘制的技术突破与实用技巧
![【一文读懂】：对话框项目中图形绘制的技术突破与实用技巧]... # 摘要 本文系统地探讨了对话框项目中的图形绘制技术，从基础理论到实践应用，再到创新技术的研究与案例分析。首先概述了图形绘制的基本概念，并介绍了...
python计算机视觉--局部图像描述子：Harris角点检测算法、SIFT(尺度不变特征变换)
RuijieRen的博客
03-30 7362
前言 本次实验通过参考教材《Python计算机视觉编程》和网上大量资料学习局部图像描述子，Harris角点检测器，SIFT特征，匹配地理标记图像相关内容。 一、Harris角点检测算法 1.1 角点是什么 角点具有的特征： <1>轮廓之间的交点； <2>局部窗口沿任意方向移动，均产生明显变化的点； <3>图像局部曲率突变的点； <4>对于同一场景，即使视角发生变化，通常具备稳定性质的特征； <5>该点附近区域的像素点无论在....
多体系统的量子理论,多体系统的量子场论
xilao138的博客
08-29 2182
一篇发表在arxiv的预印本论文为人们重新定义了我们生活的这个宇宙的本质，也重新定义了现实世界，这篇论文所涉及的问题太过于敏感和广泛，因此还没有通过同行评审。这篇论文题为《作为一个神经网络的世界》，由物理学家VitalyVanchurin发表，他告诉我们，这个世界的本质，在更加基本的层面上（比量子力学的微观层面还要基本）是一个神经网络系统；这个神经网络系统类似于人类的大脑，由各种不同的节点（神经元）组成，这些节点之间可以处理和传递信号。...
九章量子计算机模型图片,“九章”量子计算机这么猛，到底能做啥？只为了一条公式的结果吗...
weixin_39760295的博客
07-17 907
最近我国的科协技术在天上的在地上的，都有了突破，天上的是咱们的嫦娥5号，地上的就是咱们的量子科技。这两项科技几乎都是每一个发达国家梦寐以求梦寐以求的制高点。前两天，我国又有了重大的科技突破，这个重大的突破，是在最前沿的技术量子技术上，我国科学家宣布构建了76个光子(量子比特)的计算机原型机“九章”。这意味着中国在量子通信领域领先的地位已经毋庸置疑。咋又领先了呢？怎么回事？到底牛在哪里？“九章”到底...
量子计算时代快了！量子计算机的架构，硬件，软件等都有成果！
ctrigger的专栏
06-27 2037
普林斯顿大学研究人员与马里兰大学和IBM合作进行了一项研究，探索了量子计算机(QC)的架构设计。在2019年ACM/IEEE计算机架构国际研讨会上发表的一篇论文中，研究人员使用IBM、Rigetti和马里兰大学的7台量子计算机，对量子计算机进行了迄今为止规模最大的实际系统评估。 研究人员开发了新软件来编译从量子计算机应用程序到硬件原型，在容易出错的早期量子计算机硬件上。与行业编译器相比，该编...
量子计算机机制原理是什么
最新发布
02-28
<think>好的，我现在需要解释量子计算机的机制原理。首先，用户可能对量子计算有一定的基础兴趣，但可能缺乏深入的物理或计算机科学背景。因此，我需要将复杂的原理简化，用易懂的语言和例子来说明。 首先，量子计算机的核心在于量子比特（qubit）和量子叠加、纠缠等特性。传统的计算机使用二进制位（0或1），而量子比特可以同时处于0和1的叠加态。这听起来可能有些抽象，我需要用类比来解释，比如薛定谔的猫，同时处于生和死的状态，直到被观测。 接下来是量子叠加。要说明这种状态如何允许并行计算。例如，一个量子比特可以同时处理两个状态，两个量子比特可以处理四种状态，随着量子比特数的增加，处理能力指数级增长。但用户可能想知道为什么这有用，所以需要结合具体例子，比如分解大数质因数，传统计算机需要极长时间，而量子计算机利用Shor算法可以高效完成。 然后是量子纠缠，这是量子比特之间的特殊关联。当两个量子比特纠缠时，一个的状态会立即影响另一个，无论距离多远。这可能和传统的信息传输不同，需要强调这在量子计算中的重要性，比如用于量子隐形传态和纠错。 量子门和量子电路也是关键部分。传统计算机使用逻辑门（如AND、OR），而量子计算机使用量子门操作量子比特，比如Hadamard门创建叠加态，CNOT门实现纠缠。需要简单说明这些操作如何改变量子状态，但不需要深入数学细节。 量子测量部分需要解释，一旦测量，量子态就会坍缩到某个基态，因此算法设计需要在测量前完成计算。这可能涉及到量子算法的设计原则，比如Grover搜索算法如何利用振幅放大来提高搜索效率。 还要提到量子计算机的物理实现方式，比如超导电路、离子阱、光子等不同技术路线，以及当前的发展现状和挑战，如量子退相干和错误率问题。这部分可以让用户了解为什么量子计算机尚未普及。 用户可能对量子计算机的实际应用感兴趣，比如在密码学、材料科学、药物研发等领域的潜在影响。需要简要提及这些应用，但重点还是放在原理上。 在组织内容时，需要分点清晰，但避免过于技术化的术语。使用比喻和日常例子帮助理解。同时，注意纠正可能的误解，比如量子计算机并不是在所有问题上都比传统计算机快，只在特定问题上具有优势。 最后，总结量子计算机的基本原理，强调其依赖量子力学特性带来的计算优势，以及当前研究的挑战和未来前景。确保回答结构逻辑清晰，逐步深入，让用户能够逐步构建对量子计算机工作机制的理解。</think>量子计算机的机制原理基于**量子力学**的核心特性（如叠加、纠缠、干涉），通过操控量子比特（qubit）实现超越经典计算机的并行计算能力。以下是逐步解释： --- ### **1. 量子比特（Qubit）** - **经典比特 vs 量子比特** - 经典计算机：使用二进制比特（0或1）。 - 量子计算机：量子比特可以同时处于$|0\rangle$和$|1\rangle$的**叠加态**，即： $$|\psi\rangle = \alpha|0\rangle + \beta|1\rangle$$ 其中$\alpha$和$\beta$是复数概率幅，满足$|\alpha|^2 + |\beta|^2 = 1$。 - **物理实现方式**： 可通过超导电路、离子阱、光子偏振等物理系统实现。 --- ### **2. 核心量子特性** #### **(1) 量子叠加（Superposition）** - **含义**：量子比特可同时表示多种状态。 - **意义**： - 例如，3个量子比特可同时表示$2^3=8$种状态（如$|000\rangle, |001\rangle, \dots, |111\rangle$）。 - 这种并行性是量子计算加速的基础。 #### **(2) 量子纠缠（Entanglement）** - **定义**：多个量子比特的状态强关联，无法独立描述。 - **表现形式**： - 例如，贝尔态$|\Phi^+\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}}(|00\rangle + |11\rangle)$，测量一个比特的状态会立即确定另一个的状态，无论距离多远。 - **应用**：用于量子通信、量子纠错和算法加速。 #### **(3) 量子干涉（Interference）** - **原理**：量子态的概率幅可通过干涉相互增强或抵消。 - **作用**： - 在算法中设计操作，使正确解的路径概率幅增强，错误解的路径抵消（如Grover算法）。 --- ### **3. 量子计算过程** #### **(1) 初始化** 将量子比特制备到特定初始状态（如全$|0\rangle$）。 #### **(2) 量子门操作** 通过量子门（类似经典逻辑门）改变量子态： - **单量子门**： - 例如，哈达玛门（Hadamard Gate）将$|0\rangle$变为$\frac{|0\rangle + |1\rangle}{\sqrt{2}}$，创造叠加态。 - **双量子门**： - 例如，CNOT门（受控非门）对两个量子比特操作，产生纠缠态。 #### **(3) 量子算法执行** 利用叠加和纠缠进行并行计算，例如： - **Shor算法**：快速分解大整数，威胁经典加密（如RSA）。 - **Grover算法**：未排序数据库搜索加速（时间复杂度$O(\sqrt{N})$）。 #### **(4) 量子测量** 最终测量导致量子态坍缩为经典比特（0或1）。 - **关键点**：需通过干涉放大正确解的概率幅，使测量结果大概率正确。 --- ### **4. 物理实现挑战** | **挑战** | **说明** | |-------------------|-------------------------------------------------------------------------| | 量子退相干 | 环境噪声导致量子态失去相干性（需极低温或真空隔离）。 | | 错误率与纠错 | 量子操作易出错，需量子纠错码（如表面码）补偿，但需要大量物理量子比特。 | | 可扩展性 | 目前量子比特数量有限（如IBM的Heron处理器有133个量子比特）。 | --- ### **5. 量子计算机 vs 经典计算机** | **对比维度** | **经典计算机** | **量子计算机** | |--------------------|-----------------------------------|-----------------------------------| | 基本单元 | 比特（0/1） | 量子比特（叠加态） | | 计算方式 | 串行/并行处理 | 量子并行性（指数级并行） | | 适用问题 | 通用计算 | 特定问题（如质因数分解、优化） | | 物理限制 | 受限于摩尔定律 | 受限于退相干和纠错难度 | --- ### **6. 当前应用场景** - **密码学**：破解RSA加密（Shor算法）。 - **化学模拟**：精确模拟分子结构，加速新药研发。 - **优化问题**：解决物流、金融组合优化（需量子退火机或QAOA算法）。 - **人工智能**：加速机器学习训练（如量子支持向量机）。 --- ### **7. 代码示例：量子叠加态模拟** 以下用Python的`Qiskit`库演示量子叠加态的创建与测量： ```python from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute # 创建量子电路：1个量子比特，1个经典比特 qc = QuantumCircuit(1, 1) # 应用哈达玛门，生成叠加态 qc.h(0) # 测量量子态到经典比特 qc.measure(0, 0) # 模拟器运行 simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator') result = execute(qc, simulator, shots=1000).result() # 输出结果（约50%概率得到0或1） print(result.get_counts(qc)) # 输出：{'0': 500, '1': 500} ``` --- ### **8. 未来展望** - **容错量子计算**：通过纠错实现可靠计算。 - **量子优势**：在特定问题上证明超越经典计算机的能力（如谷歌的“量子优越性”实验）。 - **混合计算**：量子-经典协同解决实际问题（如量子机器学习）。 --- 量子计算机的机制本质是**利用量子力学特性重新定义计算**，但其全面实用化仍需突破物理限制和算法创新。
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