作业帮请解释一下量子计算机的工作原理.
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/05 05:55:27
请解释一下量子计算机的工作原理.
请解释一下量子计算机的工作原理.
请解释一下量子计算机的工作原理.
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!