3、量子计算：原理、模式与优势

量子计算：原理、模式与优势

1. 量子测量的随机性

量子计算的第二个关键特性是测量。当我们测量一个量子系统时，会得到一组确定结果中的一个。这个结果是非确定性的，但遵循一定的概率分布。如果重复相同的计算，可能会得到不同的测量结果。根据要解决的问题，可能需要多次重复计算，才能从结果的分布中获取有用信息。

在计算机科学中，确定性算法是指给定相同的输入，每次执行都会产生相同的输出；而非确定性算法是指给定相同的输入，每次执行可能产生不同的输出。

量子计算机的计算结果通常用二进制字符串表示，即由 0 和 1 组成的序列。我们可以用多种方式解释二进制字符串，但最常见的是将其解释为整数（十进制形式）的值。

我们可以用一个等分成若干扇形的圆来直观表示测量的随机性，每个扇形对应一个可能的测量结果，就像一个幸运轮盘，转动轮盘，停止时会选中一个扇形。

量子态的值决定了每个结果被选中的概率。我们无法直接检查量子态的值，必须通过测量来确定。例如，对于图中圆上每个扇形（结果）的概率，如果我们不知道，可以通过转动轮盘并记录落在每个扇形上的次数，来推断每个结果的概率。量子测量就像是从概率分布中采样，与经典采样相比，它具有巨大的优势：样本是真正的非确定性的，而且采样效率极高。

测量对许多问题都有益处。在某些情况下，它甚至可以实现经典计算机无法完成的计算，比如生成真正的随机数。理解并行性和测量的概念对于确定哪些问题可以从量子方法中受益至关重要。

2. 量子计算与经典计算的对比

为了理解量子计算的结构，我们将它与经典计算进行对比。经典软件程序由一系列操作变量以生成输出的指令组成。寄存器或位组可以定义更复杂的变量，如整