物理学：量子计算机的工作是不是就是根据量子力学原理造的？

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。量子计算机的基本原理还是冯诺伊曼体系结构，量子计算机依然是分为两个主要单元，计算单元和存储单元。量子计算机和现在的电子计算机最大的不同在于其使用的存储单元，量子计算机用来存储数据的东西叫“量子比特”。量子计算机量子客体的波粒两象性迫使人们不得不引入波函数（量子态）来描述量子客体的状态，著名物理学家费曼曾指出：量子力学的精妙之处在于引入几率幅（即量子态）的概念。事实上，量子世界的千奇百怪的特性正是起源于这个量子态，而关于量子理论的长期激烈争论的焦点也在这个量子态。事实上，按照量子力学理论， EPR粒子对处在所谓的纠缠态上，这个量子态最大地违背 Bell不等式，有着奇特的性质：我们无法单独地确定某个粒子处在什么量子态上，这个态给出的唯一信息是两个粒子之间的关联这类整体的特性，实验上已成功地制备这类纠缠态。以上内容参考：百度百科——量子计算机

1、量子计算机就是用量子比特代替原来的普通比特。 2、从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。 3、从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。

量子计算机是采用基于量子力学原理的计算模式。量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。再举个例子，我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。在量子计算机面前，基于RSA公钥体系的所有的邮件、银行账户、机密文件都将被轻而易举的攻破。好在我们已经有了从物理原理上阻止窃密的量子通信，量子计算机真正研发成功之后，整个世界的加密体系必然要换一换，小伙伴们大可不必担心。

量子计算机在1980年代多处于理论推导状态。1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于通行于银行及网络等处的RSA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的话题，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。半导体靠控制集成电路来记录及运算信息，量子计算机则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。 1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能做出离散对数运算，而且速度远胜传统计算机。因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40比特的量子计算机，就能在很短时间内解开1024位计算机花上数十年解决的问题。

是利用量子纠缠效应

量子计算机原理 量子计算机的核心部分在于离子电磁阱作用，通过核磁共振给通电的离子电磁阱热浴使原子能级中的量子位对齐形成离散能级谱，而晶格中的原子、离子经过光学谐振腔作用使原子、离子进行受激辐射组成量子线路，随后因在超导环境中的低熵状态下使量子不易流失从而利于纠错。那为什么量子计算机存在“1和“0”同时占有一个位置（叠加态），先从环绕原子的电子说起，一个原子基态的一条轨道上只存在互为相反方向运动的两个电子，这就是同一条轨道同时存在“0”和“1”两个电子的原因。而量子线路原理，激发态与基态能够互为交换电子是因为光学谐振腔中的激光辐射使基态与激发态中的电子轨道发生弹性跃迁或互换，同时也可使原子之间的电子云发生偏振。而量子线路中的电子能级跃迁或互换的规律被称为互换闸，一个能级电子的旋转规律被称为旋转闸。离子电磁阱中的原子量子位元能级的不同是线性的，代表着有多少能级相当于多少几何空间，最外层包裹一直到最里层称为几何空间数学图形。而在低温超导环境的超导元器件中，由于它的晶格原子能级电子在极低温的环境因超导迈斯纳效应原子周围的磁矩吸引力变强了，有效的防止了量子去相干性的发生，有效的控制了量子围绕原子的规则，并利于纠错码纠错。如何运用纠错码原理纠错量子码，一个能级的所有电子对是有限的，而能级的层数也是有限的，我们以每个能级的电子对个数分为两部分，一部分能级的总电子对数分为奇数码，另一部分能级的总电子对数分为偶数码，这是纵向分部。而横向分布则为所有能级中每个能级的一个电子对与所有能级的各电子对互相连接，所有能级的每个能级的每个电子对一部分为奇数码，另一部分为偶数码。当其中一个电子对消失后这行这列就少了一个0和1叠加数，而如果是电子对中的一个电子退相干，那么剩下一个电子必然会找到其他电子形成电子对，然而始终会少一个0或1，这样也就方便查询。而为了使大量晶格中的离子电磁阱连接，需要用到激光器和激光干涉仪以及分光镜，作用于连接所有的离子电磁陷阱。极化码原理 极化码原理，在信道中分为0和1信道，极化码通常以0或1两端极化无限分类，趋向于末端1的传输信息比特，趋向于末端0的传输于冻结比特，信息比特是通过N个子信道无限信道分解，分解的子信道一端向1的信道中无限组合称为传输新信息的信道。另一端N个子信道分解无限趋于0的称为冻结信道它包含相互已存在的信息。通过以极化码的形式编码，在极化码编码完成后开始解码，极化码在香农信道中更接近极限，趋于冻结信道传输于表面知识，趋于信息信道传输内部消息，通常组合信道在趋于1时通过滤波功能使信道频率完美接近无噪声，另一端则无限分解直到0，所有趋于0的子信道会被自动删除，所以不用提供滤波功能。我们先使信息比特做CRC寄存器检验列出信息比特序列，再使信息比特进行极化码编码，完成编码后极化码通过SCL编译时，SCL选择了极化码多条有效路径并进行路径保留（实际上极化码有效路径只有一条）通过CRC寄存器检验路径与之前CRC检验信息比特序列之间以商的形式对比（等于完全相同0的商）以对比的检验码和有效信息比特同时发送给接收方在解码时由于信道中其他的赫兹波频（闪电）对正常信道产生干扰造成的误差率影响了有效信息比特产生了错误传输，就可以通过检验码对信息比特进行反复纠错，以重新自动传送有效信息比特来达到正确解码。

量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：　　其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110＞＋C2|1001001＞。　　经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。　　相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits））,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。因此量子计算机的特点为:　　量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；　　量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。　　由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。　　无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干（也称“退相干”）。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。　　迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机!

量子的重叠与牵连原理产生了巨大的计算能力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四个数，因为每一个量子比特可表示两个值。如果有更多量子比特的话，计算能力就呈指数级提高。 量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外，还可处于叠加态（super posed state) . 叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加，它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态，“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（gro und state）和第 1 激发态（f irstex cited state)、 质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圆偏振光的左旋和右旋等。一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态.态空间由多个本征态（eigenstate) （即基本的量子态）构成，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用Hilbert 空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号 x〉 来表示量子态，x〉 是一个列向量，称为ket ；它的共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈 x 表示，〈 x 是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间（即二维复向量空间）的单位向量 〉 来描述，其简化的示意图如右图所示. 量子计算将有可能使计算机的计算能力大大超过今天的计算机，但仍然存在很多障碍。大规模量子计算所存在的一个问题是，提高所需量子装置的准确性有困难。世界上第一台商用量子计算机加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”，量子电脑的梦想距离我们又近了一大步。D-Wave公司的口号就是——“Yes,you can have one.”。其实早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用实用型量子计算机“Orion”（猎户座），不过严格来说当时那套系统还算不上真正意义的量子计算机，只是能用一些量子力学方法解决问题的特殊用途机器。时隔四年之后，D-Wave One终于脱胎换骨、正式登场。它采用了128-qubit（量子比特）的处理器，四倍于之前的原型机，理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。另外，D-wave公司将会在2013年1月将其升级至512量子比特。不过呢，也别太兴奋，这个大家伙现在还只能处理经过优化的特定任务，通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手，而且编程方面也需要重新学习。 另外，为尽可能降低qubit的能级，需要利用低温超导状态下的铌产生qubit，D-Wave 的工作温度需保持在绝对零度附近（20 mK） 。最后就是价格，2011年，NASA和Google分别以约一千万美元购置了一台512位qubit的D-Wave量子计算机 。这绝对是天价中的天价了，不过也是新技术开端的必然，就像当初的第一台电子计算机ENIAC造价就有40万美元（二十世纪四十年代的40万美元）。

或许计算相干的数据，或是解信息，拥有着计算的才，拥有着复杂的，或许处置惩罚计算方面的瓶颈成绩，具有促进成长的感化的首要是通过方面的冲破，加上保险系统方面的清算，履行着相关的运作

大概包括（1）计算机系统概论，（2）运算方法和运算器，（3）存储系统，（4）指令系统，（5）中央处理机，（6）总线系统，（7）外围设备，（8）输入输出系统，（9）操作系统支持，（10）高性能处理机体系结构

　　量子计算机（quantum computer），是一种全新的基于量子理论的计算机，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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。　　量子计算机可以进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓解铃还需系铃人，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟，人们一旦有了量子模拟计算机，就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算，便可精确地研究量子体系的特征。

量子计算机在处理特定问题时具有远超经典计算机的能力优势，这是因为它具有并行计算的能力。量子计算机是一种使用量子力学的计算机，它能比普通计算机更高效地执行某些特定的计算。所以说，量子计算机是一种计算机，但它不是简单的“进阶版”计算机。和我们现在所理解的“电脑”差别很大——两者的计算形式不一样。举个例子：如果经典计算机是蜡烛，量子计算机就是电灯泡，二者都是为了发光，但是点亮方式不同、照亮范围也有区别。即使你不断改良蜡烛，也做不出来电灯泡。经典计算机的计算是用一系列的0和1来存储信息。0和1系列中的每个单位被称为比特，一比特可以被设置为0或1；量子计算机是用用量子比特来存储信息。每个量子比特不仅能设置为1或0，还可以设置为1和0。量子计算机能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个比特；量子计算机则可以一次处理1个“量子比特”，从而使处理速度大大提升。量子计算机不光有强大的储存能力，它的并行计算的能力也十分强大。就像在房间内开灯，光可以在一瞬间穿过墙壁上的所有缝隙。量子计算机能够进行高速并行的量子计算，就是这个原理。

是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点，它可以用于模拟其他的量子系统，可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。

超快的并行计算。“量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。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。优势：量子计算机拥有强大的量子信息处理能力，对于海量的信息，能够从中提取有效的信息进行加工处理使之成为新的有用的信息。量子信息的处理先需要对量子计算机进行储存处理，之后再对所给的信息进行量子分析。运用这种方式能准确预测天气状况，目前计算机预测的天气状况的准确率达75%，但是运用量子计算机进行预测，准确率能进一步上升，更加方便人们的出行。传统的计算机通常会受到病毒的攻击，直接导致电脑瘫痪，还会导致个人信息被窃取，但是量子计算机由于具有不可克隆的量子原理这些问题不会存在，在用户使用量子计算机时能够放心地上网，不用害怕个人信息泄露。另一方面，量子计算机拥有强大的计算能力，能够同时分析大量不同的数据，所以在金融方面能够准确分析金融走势，在避免金融危机方面起到很大的作用。

1947年，美国计算机工程师霍华德·艾肯说，只需要六个比特位的电脑将能够满足世界的所有计算需求。当然，霍华德没有想到科学研究以及人们生活会产生如此大量数据，个人电脑的激增和互联网的出现，这些都推动了我们对计算能力的需求。 如果按照摩尔定律的规定，微处理器上的晶体管数量每18个月继续增加一倍，那么2020年或2030年将发现微处理器上的电路在原子尺度上进行测量。而到达原子尺度则不可控，所以我们的下一步是创造量子计算机，它将利用原子和分子的力量来执行记忆和处理任务。 图灵于20世纪30年代开发的 图灵机 是一种理论设备，由无限长度的磁带组成，分为小方块，每个方块可以包含符号（1或0）或留空。读写设备读取这些符号和空白，从而为机器提供执行某个程序的指令。 这听起来很熟悉吧？ 那么，在 量子图灵机 中，区别在于磁带存在于量子状态，读写头也是如此。这意味着磁带上的符号可以是0或1或0和1的叠加态；换句话说，符号同时是0和1（以及其间的所有点）。普通的图灵机一次只能执行一次计算，但量子图灵机可以同时执行多次计算（2的n次方）。 今天的计算机，通过操纵存在于两种状态之一的位来工作：0或1。量子计算机不限于两种状态；它们将信息编码为量子比特，它们可以叠加存在。量子点代表原子、离子、光子或电子以及它们各自的控制设备，它们一起工作以充当计算机的存储器和处理器。因为量子计算机可以同时包含这些 多个态 ，所以它有可能比当今最强大的超级计算机强大数万倍。（例如，一个500量子位的计算机，它每一步就可以实现多达2的500次方的运算） 举个简单的例子，拿我国的 天河二号 超级计算机来比较，一个需要 天河二号 运算100年的计算，换为量子计算机的话，理论上只需要0.02秒的时间。 量子比特的叠加使量子计算机具有固有的并行性。根据物理学家David Deutsch的说法，这种并行性允许量子计算机同时处理一百万次计算。一个50量子比特位计算机将等同与传统超级计算机的处理能力，该计算机可以以每秒数万亿次浮点运算运行。今天通用的家庭台式计算机以每秒数十亿次浮点运算的速度运行。 在量子计算机的研发过程中，有 两大难题 需要突破，一是算法的确定，二是要选择合适的材料和制造条件，来制造出量子计算机。 首先在算法方面，由于量子计算机完全不同于现有的计算机系统，因此，它的整个算法都要重新研究确定，其中由贝尔实验的美国科学家 彼得.秀尔 所提出的 秀尔算法 被广泛采用。 由于量子计算机系统环境的要求极为苛刻，环境的热辐射、电磁辐射和材料缺陷都会引起计算错误，因此，人们一直在寻求最适合的材料。 1 超导材料铌，这个材料需要主机被液态氦冷冻到0.005K，即零下273.145摄氏度（比较成熟）， 2 稀土金属，例如镨（探究中）。 计算机科学家通过使用控制设备控制在量子计算机中充当量子位的微观粒子。 离子阱使用光学或磁场（或两者的组合）来捕获离子。 光阱使用光波来捕获和控制粒子。 量子点由半导体材料制成，用于包含和操纵电子。 半导体杂质通过使用半导体材料中的"不需要的"原子来包含电子。 超导电路允许电子在非常低的温度下几乎没有电阻地流动。 下面，将介绍量子计算领域的一些最新进展 2001年来自IBM和斯坦福大学的科学家在量子计算机上成功演示了Shor算法。Shor算法是一种寻找数字素数因子的方法（在密码学中起着固有的作用）。他们使用7比特的计算机来找出15的因子，计算机正确地推断出素因子是3和5。 2005年因斯布鲁克大学的量子光学和量子信息研究所宣布他们使用离子阱创造了第一个8量子比特位的计算机。 2006年滑铁卢和马萨诸塞州的科学家们设计了一种12比特系统的量子控制方法。 2007年加拿大初创公司D-Wave展示了一款商用16量子比特位的计算机（猎户座）。计算机解决了数独谜题和其他模式匹配问题。该公司声称它将在2008年之前已生产出了实用的系统。 2015年3月 谷歌发布了首款达到 9量子位的芯片 ，该产品基于量子纠缠协议和线性结构进行设计，并利用名为"基偶校验"的检查方法，通过测量每个量子位的相互作用来追溯计算过程，从而降低因量子纠缠现象导致的计算错误率。 但量子计算仍处于早期发展阶段，许多计算机科学家认为创建实用的量子计算机所需的技术还需要数年时间，量子计算机必须有50量子比特才能解决现实问题。

研究量子计算机需要具备量子力学、普通物理、计算机原理相关知识的。在硕士研究生层次的学习中，研究量子计算机是属于物理学专业的量子通讯与量子计算方向。量子计算机的难点：1、量子消相干量子计算的相干性是量子并行运算的精髓，但在实际情况下，量子比特会受到外界环境的作用与影响，从而产生量子纠缠。量子相干性极易受到量子纠缠的干扰，导致量子相干性降低，也就是所谓的消相干现象。实际的应用中，无法避免量子比特与外界的接触，量子的相干性也就不易得到保持。所以，量子消相干问题是目前需要解决的重要问题之一，它的解决将在一定程度上影响着量子计算机未来的发展道路。2、量子纠缠量子作为最小的颗粒，遵守量子纠缠规律。即使在空间上，量子之间可能是分开的，但是量子间的相互影响是无法避免的。介于此，量子纠缠技术被联想到量子信息的传递领域。在一定意义上，利用量子之间飞快的交流速度从而实现信息的传递。 3、量子并行计算量子计算机独特的并行计算是经典计算机无法比拟的重要的一点。同样是一个n位的存储器，经典计算机存储的结果只有一个。但是量子计算机存储的结果可达2n。其并行计算不仅在存储容量上远超越了后者，而且读取速度快，多个读取和计算可同时进行。正是量子并行计算的重要性，它的有效应用也成为了量子计算机发展的关键之一。4、量子不可克隆量子不可克隆性，是指任何未知的量子态不存在复制的过程，既然要保持量子态不变，则不存在量子的测量，也就无法实现复制。对于量子计算机来说，无法实现经典计算机的纠错应用以及复制功能。扩展资料：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再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。参考资料：百度百科-量子计算机

量子计算机的最基本的计算单元是量子比特。量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。

利用量子纠缠原理

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍的工具。

从原理上讲, 经典计算可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换(逻辑门操作) 的物理过程。 基于经典比特的非 0 即 1 的确定特征，经典算法是通过经典计算机(或经典图灵机)的内部逻辑电路加以实现的。 而量子计算， 则是基于量子比特的既 |0> 又 |1>相干叠加特征，对可由量子叠加态描述的输入信号,根据量子的算法要求，进行叫做“量子逻辑门操作”的幺正变换。 这是一个被人为控制的、以输入态为初态的量子物理演化过程。对末态 — 输出态进行量子测量，给出量子计算的结果。 顾名思义，所谓的量子计算机(quantum computer) 就是实现这种量子计算过程的机器。

量子这个单位是物理量上最小的单位，电子，光子都是量子的一种，量子可以表示多种状态，很少的量子比特就能实现大量的计算

计算机里面有很多指令集，其中最简单的指令是加法，至于减法、乘法和除法，都可以通过加法来实现。有了加减乘除，就可以解方程、算微积分、画图、播放视频等。不管多复杂的计算机指令集，本质上都在做加法。 计算机采用二进制，半导体二极管可以在电路中充当开关，一长排的二极管可以表示一个很大的数字，而很多排的二极管可以表示很多数字。换句话说，二极管可以用来存储数据，这就是存储器。 更有意思的是，二极管不但能用来存储数据，还能用来进行数学计算。想象一条路上放着两扇门，如果两扇门都是关的，那这条路就不通，相当于0乘0等于0，一扇开一扇关，还是不通，相当于0乘1等于0，或者1乘0等于0。但如果两扇门都开了，这条路就通了，相当于1乘1等于1。因此，我们可以用二极管的开关状态实现乘法运算。如果在一个集成电路上集成很多个二极管，就可以用来对数据进行计算，这就是处理器。 计算机的两大核心——存储器和处理器，都是用半导体二极管做出来的。量子力学的一个最重要的应用就是制造二极管，如果没有量子力学，就不会有计算机了。 第一代计算机是电子管计算机，这种计算机又大又笨重，运算速度也慢，造价还特别贵。 第二代计算机叫晶体管计算机。 第三代计算机是用中小规模的集成电路做出来的。 第四代计算使用大规模和超大规模集成电路做出来的。 这些都是经典计算机，他们的工作原理满足经典力学。而量子计算机的工作原理满足量子力学。 经典计算机包括存储器和处理器两大部分，它们最基本的元器件都是二极管，二极管的主要功能就是开和关，一个经典的二极管，要么是100%的开，要么是100%的关，不会有第三种可能。 可是量子计算机不一样。前面的不确定性原理讲过，一个微观粒子可以即出现在一个地方，同时又出现在另一个地方。类似的，一个量子计算机中的元器件，也可以既处于开的状态，也处于关的状态。比如，它可能50%是开的，50%是关的；也可能30%是开的，70%是关的；还可能45.5%是开的，54.5%是关的。总之，最后加起来总共是100%。 这与我们的日常经验完全不符。不过在量子力学里，这就是世界的本来面目。 我们说“薛定谔的猫”处于50%的活着和50%死掉叠加的状态，这被称为量子力学的哥本哈根解释。 量子计算机的主要元件是一种奇特的开关，它可以同时处于开和关叠加的状态。但为什么有了这种开关，量子计算机就特别厉害呢？ 量子计算机与经典计算机最核心的区别是，量子计算机基本元件构成的开关既可以是开的，同时也是关的。换句话说，它可以同时表示0和1这两个数字。这样的量子开关被称为量子比特。 一个经典开关，它能存储的数字只有0或1，存了一个就不能再存另一个。而一个量子开关，它有50%的几率存储0，还有50%的几率存储1，存了一个后还能再存另一个；换言之，一个量子开关就可以表示0和1这两个数字。 两个经典开关，一次还是只能表示一个数字；但如果是两个量子开关，一次就能表示00、01、10、11这四个数字。以此类推，随着开关数的增加，经典系统一次表示的数字依然是一个，但量子系统一次表示的数字将会以指数方式快速增加。当量子开关达到20个时候，它一次能表示的数字就会超过100万。这就是为什么量子计算机的计算能力会如此强大。 人类大脑有着我们目前所知的宇宙中最复杂的结构。目前的脑科学研究表明，人类大脑其实很像一台计算机，它也有存储器和处理器，其中存储器是帮助我们记忆的，而处理器是帮助我们思考的。人脑的最基本单元，也就是它的开关，是神经元。 神经元的中间像一个复杂的开关，外面的部分像很多根接出来的电线，几个神经元连在一起的样子，像一个小规模的集成电路。人脑中大概有860亿个神经元，像一个超大规模的集成电路。 神经元是可以放电的，大量神经元一起放电时就会向外辐射脑电波。 彭罗斯坚信人类大脑是一台量子计算机。

计算载体的不同，普通计算机的载体是集成电路，应用的是电路分析，量子计算机的载体是分子原子甚至更小的基本粒子，应用的量子相干性，但计算原理是一样的，和几千年前的算盘如出一辙

量子计算机在处理特定问题时，具有远超经典计算机的能力优势，这是因为它具有并行计算的能力。量子计算机是一种十分高科技的物理装置。这种物理装置的核心原理就是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。量子计算机的特点主要有处理信息的能力较强、运行的速度较快、应用范围较广等。与普通的计算机相比，量子计算机在一些特定的问题上具有天然的优势，能大幅缩短运行的时间。在未来的人工智能，物联网等领域都有广泛应用。

量子计算机在处理特定问题时，具有远超经典计算机的能力优势，这是因为它具有并行计算的能力。量子计算机是一种十分高科技的物理装置。这种物理装置的核心原理就是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。量子计算机的特点主要有处理信息的能力较强、运行的速度较快、应用范围较广等。与普通的计算机相比，量子计算机在一些特定的问题上具有天然的优势，能大幅缩短运行的时间。在未来的人工智能，物联网等领域都有广泛应用。

摘要：从量子计算的诞生到如今的发展，热度依然不减，甚至有持续上升的态势。量子计算的意思说通俗一点，就是利用量子力学原理进行计算的技术。量子计算已经成为了各大互联网企业疯狂研究、竞争的领域，可以说谁掌握了量子计算的超前技术，谁就在未来的科技领域拥有了绝对的话语权。下面就来一起了解下量子计算对人类有何意义。量子计算是什么意思量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对于量子计算来说，物体能够通过同时处于不同状态去进行叠加，从而形成一种叫做“波粒二象性”的角度模型，在量子计算当中，相互作用的物体之间存在着一种不受距离限制，用任何经典规律都无法解释的关联关系，这种关联关系当中携带着大量的数据和很多关键信息，其作用就是能让发生关联的各个物体之间处于一种不可分割的整体状态。量子计算对人类有何意义量子计算机的发展将有三个阶段：第一阶段是发展高精度专用量子计算机，对于一些特定问题实现高效求解，实现计算科学中“量子计算优越性”。第二阶段是研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，用于解决量子化学、新材料设计等具有重大实用价值的问题。第三阶段是大幅度提高量子比特的集成数量、容错能力，研制可编程的通用量子计算原型机。量子计算机还有很长的路要走，但在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。人类历史的进展几乎与速度有某种关联。原始社会，处理事情的速度无疑是最慢的，所以社会发展的速度也非常慢。到后来封建社会、资本主义社会，科学技术的发展，使得人们处理事情的速度成倍增加，社会发展的速度也开始加快。量子计算机的出现，在未来会颠覆很多行业，甚至有可能改变人类的社交模式。具体而言，有如下一些领域会受到很多影响：1、社交模式的改变超越现有万亿倍的计算速度，意味着线上的交易模式与线下几乎没有太大的差异。虚拟现实会无限接近现实，《黑客帝国》中的虚拟社会有可能成为真实。人类的交往可能变成超越身体接触的交往。2、科技发展的速度将加快现在不少科研成果的验证对处理速度较为依赖。提升如此快的计算速度，一些仿真模拟可以很快得到验证，甚至得到更快精确的结果，从而指导科研的方向。以往一些停留在理论推演的科研现在可以用数值进行模拟，甚至可以直接在一些真实的数据上进行演算。3、基础理论的变化当速度打破界限的时候，很多工程的现实问题就不再是问题。那么会有更多的科学家和学者，会开始把注意力转移到最基础的理论的层面上。试想速度提升万亿倍后，一些工程领域的算法优化可能失去意义，更基础的方法才有研究的意义。4、机器智能与人的智能据研究表明，人类大脑展现出现在的智能水平，其中一个原因是大脑神经元的处理速度。试想未来由无数颗由量子芯片组成的计算网络，会展现怎样的计算能力？或许机器智能会获得突飞猛进的进化。而作为机器智能的设计师——人类，通过机器智能的成功，会获得关于大脑、智能更深的认识，人的智能，或者人的进化是否会发生一次质的跃迁？其意义可能同第一个直立行走的人类对人类进化的影响一样重大。

要了解量子计算机，首先了解两个概念。1。什么是量子理论2。现有计算机的基础原理（1）：量子理论：通俗的说，就是将一切物质，都微观细分到不能再细的程度。在这个程度下来认识世界，其中的规律的总结就是量子理论。（较复杂，不可测量，迄今为止量子论还未完善）量子计算机，就是要模拟这种超微观的量子的运动。来进行计算。因为量子理论尚未完善，所以目前还没有真正意义上的量子计算机。（2）：计算机是通过电路的“通电”和“断电”来进行计算的。也就是所谓的0和1。其实咱们在电脑前每一个指令，都被转换为最基本的“有电”和“没电”被CPU进行计算。综上。量子计算机就是以量子理论为基础，量子并不像电路只分0,1（有电，没电），量子可以有多种状态。这样一来，计算速度就将大幅提高。为什么能提高呢？简单举例：现有计算机的0,1计算方式，就像是人在地上划线，有一头牛就画1条线，有2头牛就画2条线，有100头牛就要画100条线，卖掉16头，就要擦掉16条线，问剩多少头牛，就要从新数一遍看有多少条线。(有电就是一条线“1”，没电就是没有线“0”) 而量子计算机就像是掌握了阿拉伯数字一样0~9.100头牛只需要在地上写“100”就行了，96头牛就在地上写“96”就行了。 所以你想啊，这对计算机来说，简直就是从原始社会步入文明社会了。那对人类来说，更是意义无限啊以上。。希望能理解。谢谢

量子计算机（quantum computer），是一种全新的基于量子理论的计算机，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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。量子计算机主要运用在在做量子系统的模拟、线性方程组量子算法以及单原子量子信息存储等科学领域。

量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点： （1）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态： C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。 （2）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。 相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特）,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。因此量子计算机的特点为[1]: [1]量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交； [2]量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。 由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，如一个很大的自然数的因子分解（后面将叙及）。量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本质性的利用[2]。 量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，而研究可逆计算机是为了克服计算机中的能耗问题。早在六七十年代，人们就发现，能耗会导致计算机芯片的发热，影响芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。Landauer[3]最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作。例如，对两比待的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了一个自由度，因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生一定的热量。但这种不可逆性是不是不可避免的呢？事实上，只要对异或门的操作如图1所示的简单改进，即保留一个无用的比特，该操作就变为可逆的。因此物理原理并没有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造为可逆操作（见图1）。 图1 不可逆异或门改进为可逆异或门 Bennett[4]后来更严格地考虑了此问题，并证明了，所有经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算能力。 经典计算机实际上就是一个通用图灵机。通用图灵机是计算机的抽象数学模型，它由两部分构成： [1]具有无限多个存储单元的记录带，每个存储单元内容的变化是有限的，通常用二进制的“O”和“1”来表示； [2]一个具有有限内态的读写头，每步操作中读写头可以在记录带上左移或右移一格或不动。图灵机在操作中，读写头根据其内态和当前存储单元的内容，按既定的规则，改变其内态和存储单元的内容。并决定下一步读写头的移动方向。 上述图灵机的模型是不可逆的，例如，对如下图灵机操作“写存储单元--> 左移一格”，其逆就变成了“左移一格-->写存储单元”，该逆操作不再是一个有效的图灵机操作。但Bennett证明了一个基本结果：对所有不可逆的通用图灵机，都可以找到一个对应的可逆图灵机，使得两者具有完全相同的计算能力和计算效率。 因为计算机中的每步操作都可以改造为可逆操作，在量子力学中，它就可以用一个么正变换来代表。Benioff[5]最早用量子力学来描述可逆计算机。在量子可逆计算机中，比特的载体成为二能级的量子体系，体系处于|0＞和|1＞上，但不处于它们的叠加态。量子可逆计算机的研究，其核心任务为，对应于具体的计算，寻找合适的哈密顿量来描述。 早期的量子可逆计算机，实际上是用量子力学语言表述出来的经典计算机，它没有利用量子力学的本质特性，如量子叠加性和相干性。 Feymann首先指出[6]，这些量子特性可能在未来的量子计算机中起本质作用，如用来模拟量子系统。Deutsch[7]找到一类问题，对该类问题，量子计算机存在多项式算法(多项式算法指运算完成的时间与输入二进制数据的长度，即比特的位数存在多项式关系），而经典计算机则需要指数算法。但最具轰动性的结果却是Shor给出的关于大数因子分解的量子多项式算法[8]（见第三节），因为此问题在经典公钥体系中有重要应用。Shor的发现掀起了研究量子计算机的热潮，从此后，量子计算机的发展日新月异。 二、量子计算机的构造及实验方案 正如经典计算机建立在通用图灵机基础之上，量子计算机亦可建立在量子图灵机基础上。量子图灵机可类比于经典计算机的概率运算。前一节提到的通用图灵机的操作是完全确定性的，用q代表当前读写头的状态，s代表当前存储单元内容，d取值为L,R,N,分别代表读写头左移、右移或不动，则在确定性算法中，当q,s给定时，下一步的状态q"，s"及读写头的运动d完全确定。我们也可以考虑概率算法，即当q,s给定时，图灵机以一定的概率（q,s,q,s”,d）变换到状态q",s"及实行运动d。概率函数(q,s,q",s",d）为取值[0,1]的实数，它完全决定了概率图灵机的性质。经典计算机理论证明，对解决某些问题，慨率算法比确定性算法更为有效。 量子图灵机非常类似于上面描述的经典概率图灵机，现在q,s,q",s"相应地变成了量子态，而慨率函数（q,s,q",s",d）则变成了取值为复数的概率振幅函数x(q,s,q",s",d），量子图灵机的性质由概率振幅函数确定。正因为现在的运算结果不再按概率叠加，而是按概率振幅叠加，所以量子相干性在量子图灵机中起本质性的作用，这是实现量子并行计算的关键。 量子计算机可以等效为一个量子图灵机。但量子图灵机是一个抽象的数学模型，如何在物理上构造出量子计算机呢？理论上已证明[9]，量子图灵机可以等价为一个量子逻辑电路，因此可以通过一些量子逻辑门的组合来构成量子计算机。量子逻辑门按其输入比特的个数可分为单比特、二比特、及三比特逻辑门等。 因为量子逻辑门是可逆的，所以其输入和输出比特数相等。量子逻辑门对输入比特进行一个确定的幺正变换，得到输出比特。Deutsch[10]最早考虑了用量子逻辑门来为造计算机的问题，他发现，几乎所有的三比特量子逻辑门都是通用逻辑门。通用逻辑门的含义是指，通过该逻辑门的级联，可以以任意精度逼近任何一个么正操作。后来不少人发展了Deutsch的结果，最后Deutsch和Lloyd各自独立地证明[11]，几乎所有的二比特量子逻辑门都是通用的，这里“几乎”是指，二比特通用量子逻辑门的集合是所有二比特逻辑门的集合的一个稠密子集。 实验上通常用一些具体的量子逻辑门来构造计算机。Barenco等人[12]证明，一个二比特的异或门和对一比特进行任意操作的门可构成一个通用量子门集。相对来说，单比特逻辑门在实验上比较容易实现，现在的不少实验方案都集中干制造量子异或门。量子异或门和经典异或门非常类似，它有2个输入比待：控制比特和受控比特。当控制比特处于|1＞态，即在上能级时，受控比特态发生反转。用记号C12代表量子异或操作，其中1，2分别代表控制和受控比特，则有 其中n1,n2取值 0或 1，表示模2加。已有的用来实现量子异或门的方案包括：利用原子和光腔的相互作用[13]；利用冷阱束缚离子[14]；或利用电子或核自旋共振[15]。在已实现的方案中，以冷阱束缚离子方案最为成功[16]，我们稍详细地介绍这一方案。 在冷阱束缚离子计算机中，N个离子经激光冷却后，束缚到一个线性势阱或环形势阱中，每个离子的两个内态作为量子比特的载体。离子受到势阱束缚势和相互间库仑排斥势的作用，在平衡位置附近作微小振动，可用简正模描述，量子化后即用声子描述。其中频率最低的模称为质心模。每个离子可以用不同的激光束来控制，在激光束的作用下，离子内态和离子集体振动的元激发——声子发生相互耦合。通过声子传递相互作用，可实现任意两个比特之间的异或操作。类似的想法还可以用来实现多比特的量子逻辑门，但目前只有二比特的量子逻辑门得到了具体的实验证实。 原子光腔方案也有实验报道。原子和光腔的相互作用是量子光学中比较成熟的实验，但此方案的弱点是不易级联，难以形成复杂的逻辑网络。Gershenfeld等最近指出[15]，利用宏观样品的自旋共振，经适当操作，也可以用来实现量子逻辑门，这种方案稳定性好，在理论上被认为很有前途。实验上，今年初美国的MIT和Los Alamos小组已实现了包含 3个量子比特的自旋系统，并成功地执行了1十l＝2的运算。 三、量子计算机的优越性及其应用 与经典计算机相比，量子计算机最重要的优越性体现在量子并行计算上。因为量子并行处理，一些利用经典计算机只存在指数算法的问题，利用量子计算机却存在量子多项式算法，这方面最著名的一个例子当推Shor在1994年给出的关于大数因子分解的量子多项式算法。 大数的因子分解是数学中的一个传统难题，现在人们普遍相信，大数的因子分解不存在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用。密码学的一个新的方向是实现公钥体制。公钥体制中，加密密钥公开，可以像电话号码一样通知对方，而脱密密钥是保密的，这样仍然可以实现保密通信。公银体制的核心在于，从加密密钥不能导致脱密密钥，即它们之间不存在有效的算法。最著名的一个公钥系统由Rivet，Shamir和 Adleman提出，它的安全性就基于大数因子分解，因为对于经典计算机，后者不存在有效的多项式算法。但Shor却证明，利用量子计算机，可以在多项式时间内将大数分解，这一结果向RSA公钥系统的安全性提出严重挑战。 Shor的算法的主要思想为，首先利用数论中的一些定理，将大数的因子分解转化为求一个函数的周期问题，而后者可以用量子快速傅里叶变换（FFT）在多项式步骤内完成。 除了进行一些超快速计算外，量子计算机另一方面的重要用途是用来模拟量子系统。早在1982年，Feymann就猜测，量子计算机可以用来模拟一切局域量子系统，这一猜想，在1996年由 Lloyd证明为正确的[17]。首先得指出，模拟量子系统是经典计算机无法胜任的工作。作为一个简单的例子，考虑由40个自旋为1／2的粒子构成的一个量子系统，利用经典计算机来模拟，至少需要内存为240=106M，而计算其时间演化，就需要求一个 240 X 24O维矩阵的指数，这一般来讲，是无法完成的。而利用量子计算机，上述问题就变得轻而易举，只需要40个量子比特，就足以用来模拟。Lloyd进一步指出，大约需要几百至几千个量子比特，即可精确地模拟一些具有连续变量的量子系统，例如格点规范理论和一些量子引力模拟。这些结果表明，模拟量子系统的演化，很可能成为量子计算机的一个主要用途。 四、量子计算的困难及其克服途径 量子计算的优越性主要体现在量子并行处理上，无论是量子并行计算还是量子模拟，都本质性地利用了量子相干性。失去了量子相干性，量子计算的优越性就消失殆尽。但不幸的是，在实际系统中，量子相干性却很难保持。消相干（即量子相干性的衰减）主要源于系统和外界环境的耦合。因为在量子计算机中，执行运算的量子比特不是一个孤立系统，它会与外部环境发生相互作用，其作用结果即导致消相干。Uruh定量分析了消相干效应，结果表明，量子相干性的指数衰减不可避免。Unruh的分析揭示了消相干的严重性，这一结果无疑是对量子计算机的信奉者的当头一棒。 因为量子计算机本质性地利用了量子相干性，相干性的丢失就会导致运算结果出错，这就是量子错误。除了消相干会不可避免地导致量子错误外，其他一些技术原因，例如量子门操作中的误差等，也会导致量子错误。因此，现在的关键问题就变成，在门操作和量子存储都有可能出错的前提下，如何进行可靠的量子运算？ Shor在此方向取得一个本质性的进展，这就是量子纠错的思想[19]。量子纠错是经典纠错码的量子类比。在三四十年代，经典计算机刚提出时，也曾遇到类似的法难。当时就有人指出，计算机中，如果任一步门操作或存储发生错误，就会导致最后的运算结果面目全非，而在实际中，随机的出错总是不可避免的。经典计算机解决此问题，采取的是冗余编码方案。我们以最简单的重复码来说明其编码思想。如果输入1比特信号0，现在可通过引入冗余度将其编码为3比特信号000，如果在存储中，3比特中任一比特发生错误，如变成001，则可以通过比较这3比特信号，按照少数服从多数的原则，找到出错的比特，并将其纠正到正确信号000。这样虽然在操作中有一定的错误率。计算机仍然能进行可靠运算。Shor的编码就是这种思想的量子类比，但在量子情况下，问题变得复杂得多。量子运算不再限制于态 |0＞和|1＞，而是二维态空间中的所有态，因此量子错误的自由度也就大得多。另一个更本质的原因为，量子力学中有个著名的量子态不可克隆定理[20]（我们将另撰文介绍），它指出，对一个任意的量子态进行复制是不可能的。因此对1个单比特输入态|＞，无法将其编码为3比特输入态|＞|＞|＞。这些困难表明，任何经典码的简单类比，在量子力学中是行不通的。但Shor却给出了一个完全新颖的编码，他利用9个量子比特来编码1比特信息，通过此编码，可纠正9个比特中任一比特所有可能的量子错误。（关于量子纠错更进一步的介绍，可参看后续文章（《量子编码》）。 Shor的结果极其振奋人心，在此基础上，各种量子纠错码接二连三地被提出。最新的结果（尚未出版）表明，在量子计算机中，只要门操作和线路传输中的错误率低于一定的阈值，就可以进行任意精度的量子计算。这些结果显示出，在通往量子计算的征途上，已经不存在任何原则性的障碍。

近三十年来，物理学家们一直在谈论和研发量子计算技术。星期三，谷歌在《自然》杂志上发表一篇研究论文，详细介绍了量子计算机性能是如何远远超越传统计算机，实现科学家所谓的“量子霸权”的。包括IBM，英特尔和微软在内的许多其他公司，都在研发自己的量子计算机，它们将会彻底改变计算世界。想知道什么是量子计算技术以及它与传统超级计算机之间的区别吗？本文将简要阐述这一问题。“量子霸权”指的是，量子计算机的计算能力提升到传统计算机无法企及的水平。过去10多年来，谷歌一直在开发自主量子计算芯片。它的Sycamore芯片有54个量子位，但其中有一位不能正常运行。这意味着谷歌的量子计算机有53个量子位。据谷歌称，它的量子计算机完成一项复杂的计算任务仅需200秒。如果在IBM Summit——世界上处理能力最强大的超级计算机——上完成相同的任务，将需要约1万年。Summit运算能力为200 Pflop（每秒1千万亿次运算）。这意味着谷歌量子计算机的处理能力，比世界上处理能力最强大的超级计算机强大15亿倍！理解量子计算机和传统超级计算机之间的区别超级计算机的工作原理，与其他传统计算机——例如智能手机和运行Windows的计算机——相同。这些电子设备利用逻辑电路完成计算任务，利用存储器单元来存储结果。它们是二进制系统，以“0”或“1”的形式存储信息。传统计算机执行一系列的“如果这样，那么那样”的任务。因此，如果在每种可能性出现的机率基本相等的情况下，它们完成一项计算任务可能需要大量时间。量子计算技术的开端，正值超级计算机处理能力的增长放缓之际。量子计算机不遵循标准的物理定律。虽然传统计算机坚守“如果这样，那么那样”的逻辑，量子计算机可以利用其“如果这样，那么那样，或同时这样和那样”的逻辑，探索无限的可能性。这使它能在同一时间评估不止一种可能性。传统计算机以“0”或“1”的形式存储和处理数据。但量子计算机利用量子位，通过“量子叠加”现象，同时存储、处理“0”和“1“的不同状态。只添加一个量子位，就能将量子计算机同时探索的方案数量翻一番。这就是科学家们努力为量子计算机增加更多量子位的原因。据科学家称，量子计算机的计算能力将以“双指数速度”增长。相比之下，传统计算机性能一直以摩尔定律的速度增长，每18个月翻一番。但在量子计算机的发展方面，事情并不像听起来那样乐观。量子计算机会产生巨大的噪声，科学家们仍然在试图降低这种噪声。此外，量子计算机的数据处理速度很快，这使得其在处理数据时出现的错误很难识别和纠正。量子计算机还可能会丢失一些数据。谷歌和其他公司的研究人员正在开发纠错方法，使计算机避开这些问题。未来：量子计算机会取代传统计算机？量子计算机仍然处于实验室研发阶段，要成为主流计算技术还需要数年时间。从2020年开始，谷歌将允许美国能源部、大众和戴姆勒使用其量子计算机。谷歌将通过互联网以云服务的形式对外提供量子计算机服务。在量子计算机成为主流计算技术前，从事量子计算机研发的公司必须克服诸多挑战。过高的噪声、数据丢失和错误只是量子计算机面临的几个挑战。他们还必须找到一个解决方案，解决量子处理器只有在接近绝对零度的环境下才能正常运行的问题。即使环境温度出现0.01％的变化，也会影响到它们的计算能力。另外，量子计算机的成本非常高。量子计算技术正处于起步阶段。量子计算机当前所处的阶段，与1980年代的传统计算机相似。想一下过去三、四十年计算机取得发多大的发展。科学家曾表示，量子计算机将不会是超级计算机，或任何其他传统计算机的终结者。开发谷歌量子计算机的研究人员之一哈特穆特·内文（Hartmut Neven）表示，量子计算机将成为传统计算机的“加速器”。在可预期的将来，量子计算机将只用于人工智能和其他特定任务。去年，波士顿咨询集团表示，量子计算机将“颠覆”包括农业、密码、机器学习、人工智能和药物在内的多个领域。它们可以用来帮助设计新药物，开发新材料，加快产品开发速度。

冯诺依曼结构指的是计算机的工作流程，不管是量子计算机还是集成电路计算机都采用这种流程。量子计算机本身就是运算量和运算速度块而已。工作流程没有脱离冯诺依曼结构。

利用量子纠缠 就是这边一个量子比如是上旋的 那边是下旋的 那么当这边的量子状态变成下旋时那边就立即变成上旋这样就可以通行了 不过至于为什么可以这样目前理论无法解释

计算机技术发展的一个新方向—量子计算机 计算机技术把我们带入了一个崭新的“信息时代”，给我们的工作和生活带来了巨大变化。发明计算机的先辈们没有料到计算机能成为人们生活中不可或缺的工具；他们也难以想象计算机诞生以来发生的惊人变化。计算机芯片的集成度以大约每十八个月就提高一倍的速度指数增长（摩尔定律），计算机芯片的集成度在不久的将来就有望达到原子分子量级(~10-10 m)。但是量子力学告诉我们，在这样的微观领域内，量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。 量子力学是本世纪自然科学的最重要的成就之一。量子力学的观念同我们日常生活的经验有很大的不同。根据量子力学的原理，一个量子微观体系的状态是由一个波函数描写，而不再是由粒子的位置和动量描述。这个波函数决定了粒子出现在空间某一点或者具有某一动量的几率。对一个体系进行某一力学量的测量时，不再象经典粒子那样具有确定的值，而只能取某些特定的值。在经典力学中，对体系的测量不会改变体系的状态，至少在理论上可以构造理想测量实验，使得体系的状态在测量前后不发生变化。而在量子力学中，测量一般要改变体系的波函数，即体系的状态。经典体系的状态随时间的变化遵从牛顿定律，而量子体系的状态随时间的变化遵从Schroedinger方程。根据量子力学中的海森堡测不准原理，当位置定的很准时，粒子的动量就不会定准。D x.D p@ h/2p ，h是PLANCK常数，其数值为6.6260755(40)07 10-34 J.s。将海森堡测不准原理应用于计算机的芯片问题中，当密度很大时，D x很小时，D p就会很大，电子就不再被束缚，就会有量子干涉效应。这种量子干涉效应会完全破坏芯片的功能。 是不是说量子力学就一定是计算机技术的大敌呢？对于现有计算机技术，量子力学的限制确实是一个障碍。但是应用量子力学的原理直接进行计算，不但可以越过量子力学的障碍，而且可以开辟新的方向。 量子计算机就是以量子力学原理直接进行计算的计算机。1982年美国的R. Feynman提出了把量子力学和计算机结合起来的可能性。1985年英国牛津大学的D. Deutsch进一步阐述了量子计算机的概念，并且证明了量子计算机比经典图灵计算机具有更强大的功能。Shor证明了量子计算机会对现有的社会和国民经济以及国防产生潜在的威胁。目前大量的网络保密是使用“RSA公开码”的密码技术。想要破译这种密码，就要对大数分解质因子。分解一个大数的质因子是极其困难的。按照现有的理论计算，分解一个400位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也需要用10亿年的时间，而人类的历史才不过几百万年。然而量子计算机概念的出世，严重动摇了RSA公共码的安全性。1994年，美国的P.W.Shor利用量子计算机理论证明，一个N位大数的质因子分解只需用N的多项式的时间而不是以前所认为的N的指数次的时间。利用量子计算机分解一个400位大数仅仅需要不到一年的时间！Shor的工作引起了科学家们巨大的热情和兴趣。1995年，美国Grover证明在搜索问题上量子计算机比经典计算机优越。从没有排序的含N个数据的数据库中搜索一个确定的数据，用经典计算机平均需用N/2次运算，利用量子平行计算方法，只需次运算。科学家还证明了BPP01 BQP01 ，即任何在经典计算机上多项式可解的问题在量子计算机上也必定只需多项式次操作就可以完成。也就是说量子计算机解决任何问题上都至少不比经典计算机差。 什么使得量子计算机会有如此优越的性质呢？量子计算机和经典计算机有什么区别呢？量子计算机也由存储器和逻辑门网络组成。但是量子计算机的存储内容和逻辑门与经典计算机却有所不同。对经典图灵计算机来说，信息或者数据由二进制数据位存储，每一个二进制数据位由0或1表示。在量子力学中，我们可以用自旋或者二能级态构造量子计算机中的数据位。与经典计算机相区别，我们称之为量子位(qubit)。在经典计算机中，每一个数据位要么是0，要么是1，二者必取其一。与经典计算机数据位不同的是，量子位可以是0或者1，也可以同时是0和1。也就是说，在量子计算机中，数据位的存储内容可以是0和1的迭加态：。现代物理学发展表明，量子纠缠态之间的关联效应不受任何局域性假设限制。如果体系的波函数不能写成构成该体系的粒子的的波函数的乘积，则该体系的状态就出处在一个纠缠态，即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。如果两个粒子处在纠缠态上，不管它们离开有多么遥远，对其中一个粒子进行测量（作用），必然会同时影响到另外一个粒子。正是由于量子纠缠态之间的神奇的关联效应，使得量子计算机可以实现量子平行算法，从而在许多问题上可以比经典计算机大大减少操作次数。从另一个角度讲，在经典计算机里，一个二进制位(bit)只能存储一个数据，n个二进制位只能存储n个一位二进制数或者1个n位二进制数，而在量子计算机里，一个量子位可以存储两个数据，n个量子位可以同时存储2n个数据，从而大大提高了存储能力。

量子计算机用来存储和处理，用量子比特所表达的信息。它已经完全颠覆了传统，它的能力非常的强，它几乎可以验证很多理论，所以人们就觉得它可以改变世界。

1、量子计算机就是用量子比特代替原来的普通比特。 2、从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。 3、从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。

量子计算机原理是一种使用量子逻辑进行通用计算的装置。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统，量子计算机的变换包括所有可能的正变换。量子特性在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限。量子客体的波粒两象性迫使人们不得不引入波函数来描述量子客体的状态，著名物理学家费曼曾指出：量子力学的精妙之处在于引入几率幅的概念。事实上，量子世界的千奇百怪的特性正是起源于这个量子态，而关于量子理论的长期激烈争论的焦点也在这个量子态。按照量子力学理论， EPR粒子对处在所谓的纠缠态上，这个量子态最大地违背 Bell不等式，有着奇特的性质：我们无法单独地确定某个粒子处在什么量子态上，这个态给出的唯一信息是两个粒子之间的关联这类整体的特性，实验上已成功地制备这类纠缠态。自发参量下转换的非线性光学过程所产生的孪生光子对就是在频域、方向、偏振上形成纠缠的 EPR对，采用腔量子电动力学方法也已制备出原子纠缠态。

　　量子计算机和量子力学密切相关，前者就是基于后者的一个核心原理——态叠加原理。虽然物理学家们至今还在争论一个宏观的实体，比如一个人，一栋楼等等，是否能处于一种多状态叠加的情况，但毫无疑问的是，单个电子的确能同时处于多种状态之中，这是无数实验已经验证了的。例如，一个原子中的一个电子可以处于基态，也可以处于激发态（基态与激发态可分别与二进制中的0和1对应起来），用波长合适的光照射原子一个合适的时间长度，就可能使原子里的电子处于基态与激发态这两种状态中每一种状态各占1/2概率的叠加态。　　目前的计算机处理的是二进制的“位”（bit），只有两种状态，0或1；而量子计算机则用“量子位”（qubit）来编码和计算。一个量子位，可以是1，也可以是0，还可以同时是1与0的某种叠加状态（由叠加权重的不同，这种叠加态理论上可以是无穷多的，但实际中很难调整权重，一般就是各占一半的权重或说比例）。　　计算机性能的一个重要指标是它内部所使用的开关的数量，它决定了计算机的存储单元能有多少，基本上就是通常所说的内存有多少位。设想只有两位内存的最简计算机，它有4种可能的状态：00、01、10、11。如果这是传统的计算机，那么在任何一个确定的时刻，它只能处于上述4种状态中的一种状态里。然而如果它是量子计算机，那么两个量子位都可以处于态叠加的状态，因此它可以同时工作在上述所有的4种状态中！就像4台传统的计算机并行地联结在一起同时工作。　　一般来说，一台量子计算机能够同时具有的状态是2的以量子位为次数的乘幂。上段中，2个量子位，同时处于的状态数就是2的2次方，是4；若是3个量子位，则同时状态数是2^3=8……这是按指数规律爆增的数量！当一台量子计算机由联结在一起的10个量子位组成时，它的运算能力就相当于一台具有2^10=1024个开关（位）所构成的传统的计算机。如果一台量子计算机具有一个1000量子位的内存，那么它工作起来就像具有2^1000=10^301位内存的一台传统计算机。10^301，1后边301个0！这个数字比整个宇宙中全部粒子的数目还大得多！亦即，即使把宇宙中所有粒子都利用起来制成一台传统的计算机，也远远抵不上这样一台量子计算机！当然，要使1000量子位都处于彼此关联的可控的叠加态之中，要克服的困难实在还有太多！

量子计算机原理是一种使用量子逻辑进行通用计算的装置。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统，量子计算机的变换包括所有可能的正变换。量子特性在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限。量子客体的波粒两象性迫使人们不得不引入波函数来描述量子客体的状态，著名物理学家费曼曾指出：量子力学的精妙之处在于引入几率幅的概念。事实上，量子世界的千奇百怪的特性正是起源于这个量子态，而关于量子理论的长期激烈争论的焦点也在这个量子态。按照量子力学理论，EPR粒子对处在所谓的纠缠态上，这个量子态最大地违背Bell不等式，有着奇特的性质：我们无法单独地确定某个粒子处在什么量子态上，这个态给出的唯一信息是两个粒子之间的关联这类整体的特性，实验上已成功地制备这类纠缠态。自发参量下转换的非线性光学过程所产生的孪生光子对就是在频域、方向、偏振上形成纠缠的EPR对，采用腔量子电动力学方法也已制备出原子纠缠态。

　　量子计算机和量子力学密切相关，前者就是基于后者的一个核心原理——态叠加原理。虽然物理学家们至今还在争论一个宏观的实体，比如一个人，一栋楼等等，是否能处于一种多状态叠加的情况，但毫无疑问的是，单个电子的确能同时处于多种状态之中，这是无数实验已经验证了的。例如，一个原子中的一个电子可以处于基态，也可以处于激发态（基态与激发态可分别与二进制中的0和1对应起来），用波长合适的光照射原子一个合适的时间长度，就可能使原子里的电子处于基态与激发态这两种状态中每一种状态各占1/2概率的叠加态。　　目前的计算机处理的是二进制的“位”（bit），只有两种状态，0或1；而量子计算机则用“量子位”（qubit）来编码和计算。一个量子位，可以是1，也可以是0，还可以同时是1与0的某种叠加状态（由叠加权重的不同，这种叠加态理论上可以是无穷多的，但实际中很难调整权重，一般就是各占一半的权重或说比例）。　　计算机性能的一个重要指标是它内部所使用的开关的数量，它决定了计算机的存储单元能有多少，基本上就是通常所说的内存有多少位。设想只有两位内存的最简计算机，它有4种可能的状态：00、01、10、11。如果这是传统的计算机，那么在任何一个确定的时刻，它只能处于上述4种状态中的一种状态里。然而如果它是量子计算机，那么两个量子位都可以处于态叠加的状态，因此它可以同时工作在上述所有的4种状态中！就像4台传统的计算机并行地联结在一起同时工作。　　一般来说，一台量子计算机能够同时具有的状态是2的以量子位为次数的乘幂。上段中，2个量子位，同时处于的状态数就是2的2次方，是4；若是3个量子位，则同时状态数是2^3=8……这是按指数规律爆增的数量！当一台量子计算机由联结在一起的10个量子位组成时，它的运算能力就相当于一台具有2^10=1024个开关（位）所构成的传统的计算机。如果一台量子计算机具有一个1000量子位的内存，那么它工作起来就像具有2^1000=10^301位内存的一台传统计算机。10^301，1后边301个0！这个数字比整个宇宙中全部粒子的数目还大得多！亦即，即使把宇宙中所有粒子都利用起来制成一台传统的计算机，也远远抵不上这样一台量子计算机！当然，要使1000量子位都处于彼此关联的可控的叠加态之中，要克服的困难实在还有太多！

就是用量子比特代替原来的普通比特。从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。要解释细节的话有些麻烦， 给你些关键词可以去查：1. 量子态， quatum State 2. 量子叠加态， Quantum superposition3， 量子比特， Qubit4, 幺正变换 Unitary Transformation5， 量子逻辑， Quantum Logic6, 量子门， Quantum Gate (对应于传统的逻辑门，其实就是一些特殊的正变换)7, 量子算法， quantum Algorithm (当然量子计算机也能实现传统的算法)8, 然后关于从物理层面如何实现的最好从量子光学开始， 因为偏振的光子是最简单的。

电子计算机中的数据是以二进制存储的，而量子计算机存储的是四进制数。为什么这样说？电子计算机中的寄存器具有两个可以相互转换的稳定状态，人们利用这两种状态分别表示0和1。因此，电子计算机存储的基本数据单元是bit也就是一位二进制数0或1。量子计算机中的寄存器具有【两对】两个可以相互转化的稳定状态，这两对状态可以分别表示两位二进制数。量子计算机中的一个基本数据单元就是一位四进制数。可能听起来比较绕，可以尝试抽象到面向对象的思想中：把“电子计算机的bit”看作一个类，它具有一个属性，这个属性是bool类型的。而“量子计算机的bit”类有两个属性，两个属性同样都是bool类型。这是什么概念？电子计算机中1Kb的数据在量子计算机中相当于10byte1Mb相当于100byte1Gb相当于1000byte而现在绝对算的上是“大数据”的1Pb数据量仅仅相当于量子计算机中的0.1Mb妈妈再也不用担心我的硬盘不够大了……当我们在计算机下编程时，不管是使用何种语言，最终都要转化为机器码进行运算。也就是对寄存器中的二进制数进行运算。下面出一道程序题：a=1,b=0,c=0,d=1; 求 a+b, c+d 的值。在电子计算机中要这样做：x=a+b;y=c+d;而在量子计算机中，一个“量子计算机byte”有两个属性，可以把一个量子byte对象看做是一个向量。上面那道题就变成了：x=(a,b), =y(c,d);求x+y解：z = x+y;在此时，一次量子计算相当于两次电子计算。在电子计算机中需要计算次的问题在量子计算时只需要n次！看到这里只要是懂点算法的同学就应该精神了，这就是说，那些“难解问题”现在都成了线性的，随着n的增加，运算量不再呈指数级飙升，而仅仅是线性增加！突然发现许多从前认为不可能的事变得很近。比如应用广泛的TSP旅行商问题，如果能够使用量子计算机解决，就能随时规划一条拼车线路，驾驶员可以在上班路上在不增加路程的前提下顺便带上几名乘客，或者为快递员找到最快捷最节能的快递路径。而这仅仅是在一类问题下的应用。

量子计算机指的是用量子力学原理制造的计算机如下：量子计算机是采用基于量子力学原理的计算模式。量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。再举个例子，我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。在量子计算机面前，基于RSA公钥体系的所有的邮件、银行账户、机密文件都将被轻而易举的攻破。好在我们已经有了从物理原理上阻止窃密的量子通信，量子计算机真正研发成功之后，整个世界的加密体系必然要换一换，小伙伴们大可不必担心。

简单地说，量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！举个例子，现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。再举个例子，我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。在量子计算机面前，基于RSA公钥体系的所有的邮件、银行账户、机密文件都将被轻而易举的攻破。好在我们已经有了从物理原理上阻止窃密的量子通信，量子计算机真正研发成功之后，整个世界的加密体系必然要换一换，小伙伴们大可不必担心。更重要的是，量子计算可以在科学研究中发挥巨大作用。无论是生物化学反应过程的模拟，还是气候变化等大数据的处理，都是量子计算发挥作用的地方，而这正是经典计算机的短处。因此，量子计算机已经成为各国争相抢占的科技高地，谷歌、微软、IBM在这方面也有重金投入。

1、量子计算机就是用量子比特代替原来的普通比特。2、从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。3、从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。

量子计算机在处理特定问题时具有远超经典计算机的能力优势，这是因为它具有并行计算的能力。量子计算机是一种使用量子力学的计算机，它能比普通计算机更高效地执行某些特定的计算。所以说，量子计算机是一种计算机，但它不是简单的“进阶版”计算机。和我们现在所理解的“电脑”差别很大——两者的计算形式不一样。举个例子：如果经典计算机是蜡烛，量子计算机就是电灯泡，二者都是为了发光，但是点亮方式不同、照亮范围也有区别。即使你不断改良蜡烛，也做不出来电灯泡。经典计算机的计算是用一系列的0和1来存储信息。0和1系列中的每个单位被称为比特，一比特可以被设置为0或1；量子计算机是用用量子比特来存储信息。每个量子比特不仅能设置为1或0，还可以设置为1和0。量子计算机能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个比特；量子计算机则可以一次处理1个“量子比特”，从而使处理速度大大提升。量子计算机不光有强大的储存能力，它的并行计算的能力也十分强大。就像在房间内开灯，光可以在一瞬间穿过墙壁上的所有缝隙。量子计算机能够进行高速并行的量子计算，就是这个原理。

并不是如题所说简单来说：量子计算机就是用量子比特代替原来的普通比特。从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子(比如质子核磁共振)或者偏振方向受控的光子(学校实验大多用这个)等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态(如传统的计算机一样)，也可以是叠加态(几种不同状态的几率叠加)，对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。要解释细节的话有些麻烦，给你些关键词可以去查：1.量子态，quatumState2.量子叠加态，Quantumsuperposition3，量子比特，Qubit4,幺正变换UnitaryTransformation5，量子逻辑，QuantumLogic6,量子门，QuantumGate(对应于传统的逻辑门，其实就是一些特殊的正变换)7,量子算法，quantumAlgorithm(当然量子计算机也能实现传统的算法)8,然后关于从物理层面如何实现的最好从量子光学开始，因为偏振的光子是最简单的。深层来说：普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行，称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特(qubit)上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉我们：原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。想象一串原子排列在一个磁场中，以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方，激光束会跃下这组原子，迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异，我们已经完成了一次复杂的量子“计算”，涉及了许多自旋的快速移动。从数学抽象上看，量子计算机执行以集合为基本运算单元的计算，普通计算机执行以元素为基本运算单元的计算(如果集合中只有一个元素，量子计算与经典计算没有区别)。以函数y=f(x)，x∈A为例。量子计算的输入参数是定义域A，一步到位得到输出值域B，即B=f(A);经典计算的输入参数是x，得到输出值y，要多次计算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。量子计算机有一个待解决的问题，即输出值域B只能随机取出一个有效值y。虽然通过将不希望的输出导向空集的方法，已使输出集B中的元素远少于输入集A中的元素，但当需要取出全部有效值时仍需要多次计算。

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行，称为“比特”（bit）。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特（qubit）上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉我们：原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。想象一串原子排列在一个磁场中，以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方，激光束会跃下这组原子，迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异，我们已经完成了一次复杂的量子“计算”，涉及了许多自旋的快速移动。从数学抽象上看，量子计算机执行以集合为基本运算单元的计算，普通计算机执行以元素为基本运算单元的计算（如果集合中只有一个元素，量子计算与经典计算没有区别）。以函数y=f(x)，x∈A为例。量子计算的输入参数是定义域A，一步到位得到输出值域B，即B=f(A)；经典计算的输入参数是x，得到输出值y，要多次计算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。量子计算机有一个待解决的问题，即输出值域B只能随机取出一个有效值y。虽然通过将不希望的输出导向空集的方法，已使输出集B中的元素远少于输入集A中的元素，但当需要取出全部有效值时仍需要多次计算。

量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。

简单地说，量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！举个例子，现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。再举个例子，我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。在量子计算机面前，基于RSA公钥体系的所有的邮件、银行账户、机密文件都将被轻而易举的攻破。好在我们已经有了从物理原理上阻止窃密的量子通信，量子计算机真正研发成功之后，整个世界的加密体系必然要换一换，小伙伴们大可不必担心。更重要的是，量子计算可以在科学研究中发挥巨大作用。无论是生物化学反应过程的模拟，还是气候变化等大数据的处理，都是量子计算发挥作用的地方，而这正是经典计算机的短处。因此，量子计算机已经成为各国争相抢占的科技高地，谷歌、微软、IBM在这方面也有重金投入。

量子计算机在处理特定问题时具有远超经典计算机的能力优势，这是因为它具有并行计算的能力。量子计算机是一种使用量子力学的计算机，它能比普通计算机更高效地执行某些特定的计算。所以说，量子计算机是一种计算机，但它不是简单的“进阶版”计算机。和我们现在所理解的“电脑”差别很大——两者的计算形式不一样。举个例子：如果经典计算机是蜡烛，量子计算机就是电灯泡，二者都是为了发光，但是点亮方式不同、照亮范围也有区别。即使你不断改良蜡烛，也做不出来电灯泡。经典计算机的计算是用一系列的0和1来存储信息。0和1系列中的每个单位被称为比特，一比特可以被设置为0或1；量子计算机是用用量子比特来存储信息。每个量子比特不仅能设置为1或0，还可以设置为1和0。量子计算机能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个比特；量子计算机则可以一次处理1个“量子比特”，从而使处理速度大大提升。量子计算机不光有强大的储存能力，它的并行计算的能力也十分强大。就像在房间内开灯，光可以在一瞬间穿过墙壁上的所有缝隙。量子计算机能够进行高速并行的量子计算，就是这个原理。