量子计算机和量子物理学

Quantum computer illustration
CC0公共领域

量子计算机是使用的原理的计算机设计 量子物理学 增加计算能力超出了由传统的计算机实现的。量子计算机是建立在一个小规模工作继续他们升级到更实用的机型。

计算机如何工作

计算机通过在存储数据的功能 二进制数 format, which result in a series of 1s & 0s retained in electronic components such as 晶体管。计算机存储器中的每个组件被称为一个 并且可以通过布尔逻辑的步骤,使施加由计算机程序中的位变化,基于该算法中,1点0的模式(有时被称为“开”和“关”)之间进行操作。

量子计算机是如何工作的

量子计算机,在另一方面,将存储信息,可以是1,0,或这两种状态的量子叠加。这样一个“量子位”允许比二进制系统远远更大的灵活性。

Specifically, a quantum computer would be able to perform calculations on a far greater order of magnitude than traditional computers ... a concept which has serious concerns and applications in the realm of cryptography & encryption. Some fear that a successful & practical quantum computer would devastate the world's financial system by ripping through their computer security encryptions, which are based on factoring large numbers that literally cannot be cracked by traditional computers within the lifespan of the universe. A quantum computer, on the 其他 hand, could factor the numbers in a reasonable period of time.

理解这个速度的东西,怎么考虑这个例子。如果该量子位是在1个状态的叠加和0的状态,并将其与在相同的叠加另一个量子位进行计算,然后计算一个实际取得4分的结果:一个1/1结果,1/0结果, 0/1的结果,和0/0的结果。这是脱散的状态下,其持续,而它在状态的重叠,直到它向下折叠成一个状态时施加到一个量子系统的数学结果。量子计算机的同时执行多个计算(或并联,在计算机计)的能力被称为量子并行。

在量子计算机内工作的确切物理机制是有点复杂的理论上和直观地扰乱。通常,它在量子物理的多世界解释的条款解释,其中计算机进行计算,不仅在我们的宇宙,而且在 其他 同时宇宙,虽然各种量子位是在量子退相干的状态。虽然这听起来很牵强,多世界解释已被证明使匹配实验结果,其预测。

量子计算的历史

量子计算倾向于通过追溯其历史可以追溯到1959年的讲话 理查德页。费曼 其中他谈到了小型化的影响,包括利用量子效应来创造更强大的计算机的想法。这次讲话也被普遍认为是起点 纳米技术.

当然,可以实现运算的量子效应之前,科学家和工程师们更充分地开发传统计算机的技术。这就是为什么,很多年了,没有什么直接的进展,甚至也没有兴趣,使得费曼的建议变为现实的想法。

于1985年,“量子逻辑门”的想法是由牛津大学的大卫德语大学提出,作为利用计算机内部量子领域的一种手段。其实,德语关于这个问题的文件表明,任何物理过程可以用量子计算机来模拟。

Nearly a decade later, in 1994, AT&T's Peter Shor devised an algorithm that could use only 6 qubits to perform some basic factorizations ... more cu位s the more complex the numbers requiring factorization became, of course.

量子计算机的少数已经建成。第一,在1998年2量子位的量子计算机,可以在几纳秒后失去退相干之前执行琐碎的计算。在2000年,团队成功地构建一个4量子位和一个7量子位的量子计算机。关于这个问题的研究仍然非常活跃,尽管一些物理学家和工程师表达了参与比例放大这些试验到大规模计算系统的困难的担忧。尽管如此,这些初始步骤的成功也表明,理论基础是健全的。

用量子计算机的困难

The quantum computer's main drawback is the same as its strength: quantum decoherence. The qu位 calculations are performed while the quantum wave function is in a state of superposition between states, which is what allows it to perform the calculations using both 1 & 0 states simultaneously.

然而,当任何类型的测量到一个量子系统制成,退相干崩溃,波函数折叠成单个状态。因此,计算机有以某种方式继续,而不必做,直到在适当的时间,何时可再滴量子态的任何测量进行这些计算时,都采取了测量读取其结果,然后把它传递给其他地区系统。

如此规模的操纵系统的物理要求是相当大的,感人的超导体,纳米技术和量子电子学的领域,以及其他。每一种本身是一个复杂的领域,其仍然被完全开发,所以尝试将它们一起合并成一个功能的量子计算机,我不羡慕特别的人...除了谁最终成功的人的任务。