量子计算机

布洛赫球面乃一種對於二階量子系統之純態空間的幾何表示法，是建立量子電腦的基礎。

量子計算機，早先由理查德·費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。

量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處於理論推導等等紙上談兵狀態。一直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因數分解演算法後，因其對於現在通行於銀行及網路等處的RSA加密演算法可以破解而構成威脅之後，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力於利用各種量子系統來實現量子計算機。

半導體靠控制積體電路來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。
1994年，貝爾實驗室的專家彼得·修爾（Peter Shor）證明量子電腦能做出對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子電腦，就能解開1024位元電腦花上數十年解決的問題。

[编辑] 量子計算機的基本概念

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:

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。

[编辑] 目前發展的系統

包括如下物理系統：

• 液態核磁共振量子電腦(liquid-state NMR quantum computer)
• (固態)矽晶體核磁共振量子電腦(silicon-based NMR quantum computer)
• 離子陷阱(ion trap)
• 量子光學(quantum optics)
• 腔室量子電動力學(cavity QED)
• 超導體方案

等等方法，各自有各自的瓶頸。

[编辑] 關於在台灣的名稱

在台灣，由於人們習慣上將電子計算機稱為“电脑”，所以許多人往往沿用其名稱而將量子計算機稱為“量子电脑”。因而，在台灣兩種名稱皆可見到，不過後者使用得更多。然而實際上，量子計算機与電子計算機不同，量子計算機並不像電子計算機那樣采用電子技術，而是使用量子技術來實現的，所以“量子电脑”這種習慣稱法從理論上並不正確，正確的名稱應為量子計算機。

[编辑] 相關條目

• 量子資訊科學
• 量子計算
• 計算機
• 電子計算機

[编辑] 外部連結

◇ 破解 RSA 演算法的原由 ---- 有關量子電腦的說明(繁體)

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