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1、量子计算与量子计算机第1页，此课件共15页哦 量子计算与与量子计算机presente by：胡永胜胡永胜吴玉翠吴玉翠虞珣虞珣杨吉圣杨吉圣第2页，此课件共15页哦！计算机模型在近60年以来都为图灵机模型硬件能力发展也近似遵从moore定律但是电子器件尺度越来越小，功能便开始受到了 量子效应 的干扰如何解决？第3页，此课件共15页哦量子计算机量子计算机应运而生量子计算机（量子计算机（quantum computerquantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。的物理装置。
2、当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。是为了解决计算机中的能耗问题。第4页，此课件共15页哦理查德理查德费曼费曼richard feynmanrichard feynman美国著名物理学家美国著名物理学家19651965年诺贝尔物理奖得主年诺贝尔物理奖得主普林斯顿大学毕业普林斯顿大学毕业提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法，提出了费曼图、
3、费曼规则和重正化的计算方法，是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具工具第5页，此课件共15页哦量子计算机，或推而广之量子计算机，或推而广之量子资讯科学，量子资讯科学，在在19801980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到一直到19941994年彼得年彼得秀尔（秀尔（Peter ShorPeter Shor）提出）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的银行及网络等处的RSARSA加密算法可以破解而构加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门
4、的话题。成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。种量子系统来实现量子计算机。第6页，此课件共15页哦对于量子计算机研究卓有成效的机构：对于量子计算机研究卓有成效的机构：麻省理工学院麻省理工学院普林斯顿大学普林斯顿大学加州大学伯克利分校加州大学伯克利分校布里斯托尔大学布里斯托尔大学第7页，此课件共15页哦特别之处：特别之处：半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。
5、和运算信息。量子计算机量子计算机vs经典计算机经典计算机输入输出态为一般叠加，不正交输入输出态为一般叠加，不正交量子性叠加性和干扰性量子性叠加性和干扰性第8页，此课件共15页哦量子计算机的强大量子计算机的强大大数的因式分解大数的因式分解搜索破译密码搜索破译密码保密通信保密通信普通的数字计算机在普通的数字计算机在0 0和和1 1的二进制的二进制系统上运行，称为系统上运行，称为“比特比特”（bitbit）。但量子计算机要远远）。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特更为强大。它们可以在量子比特（qubitqubit）上运算，可以计算）上运算，可以计算0 0和和1 1之间的数值。之间的数值。
6、第9页，此课件共15页哦量子计算机的广阔前景量子计算机的广阔前景美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、IBMIBM、和斯坦福大、和斯坦福大学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现7 7个量个量子比特量子算法演示。子比特量子算法演示。20072007年年2 2月，加拿大月，加拿大D-WaveD-Wave系统公司宣布研制成功系统公司宣布研制成功1616位量子比特位量子比特的超导量子计算机。的超导量子计算机。20102010年年3 3月月3131日，德国于利希研究中心发表公报：德国超日，德国于利希研究中心发表公报：德国超级
7、计算机成功模拟级计算机成功模拟4242位量子计算机，该中心的超级计算机位量子计算机，该中心的超级计算机JUGENEJUGENE成功模拟了成功模拟了4242位的量子计算机，在此基础上研究人位的量子计算机，在此基础上研究人员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。第10页，此课件共15页哦20092009年年1111月月1515日，世界首台量子计算机正式在美国诞生。日，世界首台量子计算机正式在美国诞生。这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制，可处理这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制，可处理两个量子比特的数据。较之传统计算机中的两个量
8、子比特的数据。较之传统计算机中的“0”0”和和“1”1”比特，量子比特能存储更多的信息，因而量子计算机的性比特，量子比特能存储更多的信息，因而量子计算机的性能将大大超越传统计算机。能将大大超越传统计算机。霍尔格霍尔格斯派克特斯派克特斯蒂芬斯蒂芬里特里特第11页，此课件共15页哦国内的发展：国内的发展：20072007年初，中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在年初，中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在NaturePhysicalNaturePhysical上发表论文，宣布成功制备了国际上纠缠光子上发表论文，宣布成功制备了国际上纠缠光子数最多的数最多的“薛定谔猫薛定谔猫”态和单向量子计算机
9、，刷新了光子纠缠和量子计态和单向量子计算机，刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录，成果被欧洲物理学会和算领域的两项世界记录，成果被欧洲物理学会和NatureNature杂志等杂志等广泛报道。广泛报道。第12页，此课件共15页哦商业价值初显商业价值初显在在20072007年，加拿大计算机公司年，加拿大计算机公司D-WaveD-Wave展示了全球首台量展示了全球首台量子计算机子计算机“OrionOrion（猎户座）（猎户座）”。虽然当时只是一台能。虽然当时只是一台能通过量子力学解决部分问题的原型机，不过也让我们看通过量子力学解决部分问题的原型机，不过也让我们看见了量子计算机的曙光。见了量子计
10、算机的曙光。20112011年年5 5月，月，D-WaveD-Wave自豪地宣布，全球首台真正自豪地宣布，全球首台真正的商用量子计算机的商用量子计算机D-Wave OneD-Wave One终于诞生了！其采终于诞生了！其采用了用了128-qubit128-qubit（量子比特）的量子处理器，性能是（量子比特）的量子处理器，性能是原型机的四倍，理论运算速度远远超越现有所有的超原型机的四倍，理论运算速度远远超越现有所有的超级计算机。当然，由于其架构特别的关系，目前只能级计算机。当然，由于其架构特别的关系，目前只能用于处理部分特定的任务，例如高智能用于处理部分特定的任务，例如高智能AIAI运算等，通运算等，通用性还有尚不及现有的传统电脑。用性还有尚不及现有的传统电脑。第13页，此课件共15页哦量子计算机的实现量子计算机的实现将会给人类的将会给人类的科技发展，科技发展，传承文明，传承文明，工程建设，工程建设，产生巨大的变化，产生巨大的变化，让人类步入下一个科技时代。让人类步入下一个科技时代。第14页，此课件共15页哦第15页，此课件共15页哦