24、脑 - 量子超计算系统：突破传统计算的新前沿

脑 - 量子超计算系统：突破传统计算的新前沿

1. 量子计算概述

1.1 量子计算机定义

量子计算机是一种直接利用量子力学现象（如叠加和纠缠）对数据进行操作的计算设备。与基于晶体管的数字计算机不同，数字计算机将数据编码为二进制位（一个位只能表示 0 或 1），而量子计算使用量子属性来表示数据并对其进行操作。一个量子位（qubit）可以处于两个状态的量子叠加态，多个量子位可以同时处于更多状态的叠加。例如，一个具有 n 个量子位的量子计算机可以同时处于多达 (2^n) 个不同状态的任意叠加态，而传统计算机在任何时候只能处于这些 (2^n) 个状态中的一个。

1.2 量子计算原理

量子计算机通过将量子位设置为代表当前问题的受控初始状态，并使用固定序列的量子逻辑门来操纵这些量子位。这个逻辑门序列被称为量子算法。计算结束时，对所有状态进行测量，每个量子位会坍缩到两个纯态之一，最终结果最多可以得到 n 个经典位的信息。

1.3 量子计算与经典计算对比

对比项	经典计算机	量子计算机
存储单元	位（bit），每个位表示 0 或 1	量子位（qubit），可处于 0、1 或它们的量子叠加态
状态数量	只能处于 (2^n) 个状态中的一个	可以同时处于多达