73、量子计算：从基础到应用的全面解析

量子计算：从基础到应用的全面解析

1. 量子计算的崛起与潜力

纳米技术的兴起使得量子计算在开发更小、更节能的计算机方面发挥着越来越重要的作用。通过利用量子力学原理，某些计算可以以显著更高的速度进行。量子计算是创建现代紧凑型计算机系统最有前途的纳米技术之一。

与依赖二进制逻辑的传统计算机不同，量子计算机基于根本不同的概念运行。它们利用量子纠缠同时评估多个概率。量子计算机系统的处理和存储单元变得像原子一样小，并且开关技术已经发展到了顶峰。因此，构建计算机器需要全新的思维方式。近年来，数学、材料科学和计算机工程的进步已将量子计算从理论领域带入实际应用。

量子计算是一项新兴技术，有可能改变计算的视角和应用。它可以实现广泛的应用，从为仍然困难的经典问题提供更快的算法解决方案，到理论上更安全的通信协议。量子计算机利用粒子或类粒子系统的量子力学效应，与经典计算机的一个主要相似之处在于，两者都被抽象为信息处理机器。经典计算机处理经典数字信息，而量子计算机处理与模拟信号有相似之处的量子信息。这两种信息的一个核心区别是，经典信息比量子信息更具容错性。

2. 量子计算相关概念解析

2.1 量子电路概述

可以将量子电路可视化为一系列作用于被抽象为导线的量子比特的门。这些导线没有直接的物理表示，但与时间轴相关联。输入在图的左侧，输出在右侧，在每个时间步，一个量子门应用于由导线抽象表示的量子比特状态。通常假设输入在计算基 ∣0⟩ 中初始化，如果情况不同会有相应说明。

可靠的量子电路是直接对编码量子信息进行操作的电路设计结果，但电路的可靠性也通过补充冗余（如子电路重复）来提高。可靠的量子电路尚未广泛使用，主要障碍之一是其巨