《(2.1)--1.量子计算机Python程序设计基础.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2.1)--1.量子计算机Python程序设计基础.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、量子计算机随着科技的进步，各种计算机技术、网络技术的飞速发展，计算机的发展已经进入了一个快速而又崭新的时代，计算机已经从功能单一、体积较大发展到了功能复杂、体积微小、资源网络化等。计算机从出现至今，经历了机器语言、程序语言、简单操作系统和 Linux、Macos、BSD、Windows 等现代操作系统四代，运行速度也得到了极大的提升，第四代计算机的运算速度已经达到几十亿次每秒。计算机也由原来的仅供军事科研使用发展到人人拥有，计算机强大的应用功能，产生了巨大的市场需要，未来计算机性能向着微型化、网络化、智能化和巨型化的方向发展。分子计算机、量子计算机、光子计算机、纳米计算机以及生物计算机将作为未
2、来计算机造福人类与社会，其中量子计算机作为未来计算机饱受热议，下面我们就一起来了解一下。一、概述量子计算机（quantum 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的物理装置。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。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来,信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利,也就更能确保运算具备精准性。2021 年 2 月 8 日，中科院量子信息重点实验室的科技成果转化平台合肥本源量子科技公司，发布具有自主知识产权的量子计算机操作系统“本
3、源司南”。图 1 D-wave 量子模拟机量子计算机和许多计算机一样都是由许多硬件和软件组成的，软件方面包括量子算法、量子编码等，在硬件方面包括量子晶体管、量子存储器、量子效应器等。如同传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现 0、1 之间的区分，其基本单元为硅晶片一样，量子计算机也有着自己的基本单位昆比特（qubit）。昆比特又称量子比特，它通过量子的两态的量子力学体系来表示 0 或 1。比如光子的两个正交的偏振方向，磁场中电子的自旋方向，或核自旋的两个方向，原子中量子处在的两个不同能级，或任何量子系统的空间模式等。量子计算的原理就是将量子力学系统中量子态进行演化结果。20 世纪 80 年
4、代初期，Benioff 首先提出了量子计算的思想，他设计一台可执行的、有经典类比的量子 Turing 机量子计算机的雏形。1982 年，Feynman发展了 Benioff 的设想，提出量子计算机可以模拟其他量子系统。为了仿真模拟量子力学系统，Feynman 提出了按照量子力学规律工作计算机的概念，这被认为是最早量子计算机的思想。1994 年，AT&T 公司的 Perer Shor 博士发现了因子分解的有效量子算法。1996 年，S.Loyd 证明了 Feynman 的猜想，他指出模拟量子系统的演化将成为量子计算机的一个重要用途，量子计算机可以建立在量子图灵机的基础上。从此，随着计算机科学和物
5、理学间跨学科研究的突飞猛进，使得量子计算的理论和实验研究蓬勃发展，量子计算机的发展也开始进入新的时代。直到 2007 年，加拿大 DWave 公司成功研制出一台具有 16 昆比特的“猎户星座”量子计算机。2009 年 11 月 15 日，美国国家标准技术研究院研制出可处理两个昆比特数据的量子计算机。全球第一家量子计算公司 D-Wave 于 2015 年6 月 22 日宣布其突破了 1000 量子位的障碍、开发出了一种新的处理器，其量子位为上一代 D-Wave 处理器的两倍左右，并远超 DWave 或其他任何同行开发的产品的量子位。2017 年 3 月 6 日，IBM 宣布将于年内推出全球首个商
6、业“通用”量子计算服务 IBM。2017 年 5 月 3 日，中国科学院潘建伟团队构建的光量子计算机实验样机计算能力已超越早期计算机。此外，中国科研团队完成了 10 个超导量子比特的操纵，成功打破了目前世界上最大位数的超导量子比特的纠缠和完整的测量的记录。2020 年 6 月 18 日，中国科学院宣布，中国科学技术大学潘建伟、苑震生等在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要进展在理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上，在光晶格中首次实现了 1250 对原子高保真度纠缠态的同步制备，为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。这一成果 19 日在线发表于学术期刊科学上。2020
7、年 12 月 4 日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建 76 个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需 200 秒，而目前世界最快的超级计算机要用 6 亿年。这一突破使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。12 月 4 日，国际学术期刊科学发表了该成果，审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。2021 年 2 月 8 日，中科院量子信息重点实验室的科技成果转化平台合肥本源量子科技公司，发布具有自主知识产权的量子计算机操作系统“本源司南”。2021 年 11 月 15 日，据英国新科学家杂志网站报道，IBM 公司宣称，其已经研制出了一台能运行 12
8、7 个量子比特的量子计算机“鹰”，这是迄今全球最大的超导量子计算机。2022 年 1 月，德国于利希研究中心(ForschungszentrumJlich)启动了拥有超过 5000 个量子位元的量子计算机，是欧洲量子计算机发展的一个重要里程碑。该台超级量子计算机由加拿大量子计算系统供应商 D-Wave公司制造。二、应用前景量子计算机理论上具有模拟任意自然系统的能力，同时也是发展人工智能的关键。由于量子计算机在并行运算上的强大能力，使它有能力快速完成经典计算机无法完成的计算。这种优势在加密和破译等领域有着巨大的应用。（1）天气预报：如果我们使用量子计算机在同一时间对于所有的信息进行分析，并得出结果，那么我们就可以得知天气变化的精确走向，从而避免大量的经济损失。（2）药物研制：量子计算机对于研制新的药物也有着极大的优势，量子计算机能描绘出万亿计的分子组成，并且选择出其中最有可能的方法，这将提高人们发明新型药物的速度，并且能够更个性化的对于药理进行分析。（3）交通调度：量子计算机可以根据现有的交通状况预测交通状况，完成深度的分析，进行交通调度和优化。（4）保密通信：不仅仅是对于我们生活相近的方面，量子计算机对于加密通信由于其不可克隆原理，将会使得入侵者不能在不被发现的情况下进行破译和窃听，这是量子计算机本身的性质决定的。