关于电路
技术文章

量子计算的基本面

2015年8月6日经过唐纳德·克拉贝克(Donald Krambeck)

本文介绍了量子计算的基础知识以及它们的设计方式。它还将提供有关量子理论背后的原理的准确信息,该原理有助于量子计算工作。目的是帮助您了解这种新时代的技术及其好处。

量子计算的基础知识及其设计方式。它还将提供有关量子理论背后的原理的准确信息,该原理有助于量子计算工作。目的是帮助您了解这种新时代的技术及其好处。

推荐水平

中间的

什么是量子计算?

1981年,在Argonne National Labs,一个名叫Paul Benioff的人使用了Max Planck的观念,即能量在单个单位中存在的能量(与众不同)来理论化量子计算的概念。自那一年以来,为日常使用制造量子计算机的想法与量子理论的新技术进步变得越来越明显。量子计算的重点是量子理论的原理,该原理涉及现代物理学,这些物理学解释了原子和亚原子水平的物质和能量的行为。量子计算利用量子现象,例如量子位,叠加和纠缠来执行数据操作。以这种方式计算基本上解决了普通计算机无法自行执行的极其困难的任务。

在经典计算中,有点是用计算机表示信息的术语。量子计算使用量子位或量子位用于一个内存单位。Qubits由两国量子力学系统组成。量子力学系统是在任何两个可区分的量子状态中都可以存在的系统。看到术语叠加和纠缠可能会令人困惑,但这没关系:我们没有经历过生活中的这些现象。叠加是一个原则,该原则指出,尽管我们在给定时间不知道对象的状态,但只要我们不考虑检查其状态,就有可能同时在所有状态下。无论距离如何,能量和质量与彼此相互作用的相关方式称为纠缠。

为什么这些现象很重要?

纠缠和叠加在推进可以以多种方式使我们受益的计算和通信方面非常重要。这两种现象可用于处理大量计算,而普通计算机则不能。量子计算的力量令人惊讶,没有多少掌握其所提供的全部功能。虽然古典计算机将信息处理为1和0,但量子计算机根据物理定律运行;这意味着信息可以同时处理为1和0和1和1和0。这是可能的,因为量子力学原理叠加。

在现实世界中,将位视为“ 0” o” 1的现实世界中,在空间中的任何时间都只能存在四个可能的状态中的一个。但是,在量子叠加状态下,所有四个可能的状态都可以同时在时空共存。

这些非常有趣的原则不仅是为计算困难问题提供计算能力至关重要的。一个例子是使用Shor算法进行整数分解;它由两个部分组成,第一部分从找到质数的因素到找到功能的周期都会改变问题。该算法的第二部分负责使用量子傅立叶变换来查找周期。可以通过五个步骤评估该问题,以推断给定整数的主要因素。

1.随机正整数m 选择和GCD(m,n使用欧几里得算法在多项式时间内计算)。如果GCD(m,n)≠1,然后是一个重要的主要因素n已经找到并解决了问题。如果GCD(m,n)= 1,然后继续步骤2。

2.量子计算机用于推断未知时期p序列。

$$ \ text {x mod n,} x^{2} \ text {mod n,} x^{3} \ text {mod n,} x^{4} \ text \ text {mod n,...} $$

3.如果p发现是一个奇数整数,重复步骤1。如果p甚至是,然后继续步骤4。

4.从期间开始p甚至,

$$(m^{p/2} -1)(m^{p/2} -1)= m^{p} -1 = \ text {0 mod n} $$

如果mp/2+ 1 = 0 modn,然后重复步骤1。如果mp/2+ 1≠0,然后继续步骤5。

5.最后,d= GCD(mp/2-1,n)使用欧几里得算法计算。自从mp/2+ 1≠0 modn在步骤4中得到了证明,可以证明d是一个重要的主要因素n

以下是一个示例n= 91(= 7*13)可以使用Shor的算法分解

1.随机正整数m选择3,因为GCD(91,3)= 1

2.时期p是(谁)给的

$$ f(a)= 3^{a} \ text {mod} 91 $$

Shor的算法用于在量子计算机上找到该期间以找到该期间p= 6。

3.从期间开始p甚至是,我们继续步骤4。

4.由于方程不等于0 mod 91,因此我们继续步骤5。

$$ 3^{p/2} + 1 = 3^{3} + 1 = 28≠0 \ text {mod} 91 $$

5.见下文

$$ d = gcd(3^{p/2} - 1,91)= gcd(3^{3} - 1,91)= gcd(26,91)= 13 $$

通过仔细的计算和使用量子计算机的使用,这是d= 13n= 91。

量子计算机的实用性

一家名叫的公司D波系统正在出售有史以来最大的量子计算机。像Google和NASA这样的公司为该机器支付了超过1000万美元。尽管这些公司有购买此类设备的资金,但其应用程序并不像人们想象的那样无尽。Google正在使用D-Wave两机器来构建类似的量子计算机,该计算机只能解决优化问题,例如人工智能和用户更快的网络搜索。当美国国家航空航天局(NASA)使用该系统来推进任务计划,模式识别和空中交通管制。

截至目前,Google和NASA一直在使用D-Wave Two为自己构建自己的量子计算硬件。研究已发表,指出这些量子计算机实际上并未执行任何操作量子物理学;将它们与经典计算机相同,有时发现量子处理器的速度快10倍,但比经典计算机慢100倍。

从这些评估中,量子计算机仍然很长,因此被普遍认为是真正的量子计算机。自从发现以来,它背后的物理学和机制已经走了很长一段路,但是它也有很长的路要走。

这项技术可能有一天被认为是每个人都可以使用的,但是现在,计算机仅用于特定任务。D-Wave知道,他们距离看到一台能够计算机和处理众多任务的机器还遥远,但是他们将受众瞄准了Google和NASA等顶级公司。至于这一天的技术时代,它们并不适用于每个人,古典计算机当然可以完成量子计算机可以做的所有事情。

希望本文为您提供了足够的信息,以了解大型公司如何使用量子计算的应用,概念和设计,并且已经处于起步阶段。如果您有任何疑问或反馈,请务必发表评论!

1条评论
  • p
    皮科比 2016年3月21日

    “研究已经发表,指出这些量子计算机实际上并未执行任何量子物理学;将它们与经典计算机相同,有时发现量子处理器的速度快10倍,但比经典计算机慢100倍。“
    我认为这一切。

    喜欢。 回复