20、量子计算：原理、起源、算法与发展

量子计算：原理、起源、算法与发展

量子计算与经典计算的差异

量子计算是一种处理信息和计算问题解决方案的独特方式。与经典计算机在任何给定时刻只能处于一种状态不同，量子计算机能够同时在大量状态下运行。许多科学家认为，由于工作方式的不同，量子计算机可以实现指数级的加速，并解决经典计算机难以解决的问题。

经典计算机开启了当今的信息时代，带来了个人计算、互联网通信、智能手机、机器学习等一系列数字革命。经典计算机以比特为单位编码和处理数据，每个比特在任何时候只能处于 0 或 1 两种状态之一，这就是经典信息处理被称为二进制的原因。如今，传统的通用计算机使用数十亿个被称为晶体管的半导体部件来切换或放大电信号。

量子计算的工作原理

量子计算机通过利用亚原子粒子（如电子、离子或光子）的行为来处理信息。信息存储在量子寄存器中，而量子寄存器由量子比特（qubit）组成。量子比特受叠加、纠缠和干涉这三种物理特性的限制。
- 叠加 ：这是亚原子世界的一种非直观特性，允许量子比特在被外部测量之前处于多种状态。例如，电子的状态可能是“自旋向上”和“自旋向下”的叠加。就像薛定谔的猫，在观察者打开盒子之前，它既是死的又是活的。处于叠加状态的量子比特可能是 0 态或 1 态，也可能指向其他方向，从量子意义上可以看作是 0 和 1 的某种复杂线性组合。当对量子比特进行测量时，中间的“隐藏”信息会坍缩，新状态将变为二进制，具体取决于量子态更接近 0 还是 1；如果其振幅正好在中间，则两种状态的解析概率相等。测量后，量子比特就变成了经典比特。
- 纠缠 ：这是量子物理学的另一个特性，涉及粒子之间的配对和