量子计算导论

由于电子元件越来越小，计算机越来越小，速度越来越快。但这一过程即将达到其物理极限。

电是电子的流动。由于晶体管的尺寸正在缩小到几个原子的大小，晶体管不能用作开关，因为电子可能会通过称为量子隧穿的过程将自己转移到阻塞通道的另一侧。

量子力学 是物理学的一个分支，从最基本的层面探索物理世界。在这个水平上，粒子的行为与经典世界不同，它们同时占据多个状态，并与很远的其他粒子相互作用。发生了叠加和纠缠等现象。

• 叠加—— 在经典计算中，位有两种可能的状态 要么零要么一 在量子计算中，量子比特（quantum bit，简称“quantum bit”）是量子信息的一个单位，是经典比特的量子模拟。量子位元具有特殊的性质，可以帮助它们比经典位元更快地解决复杂问题。这些属性之一是 叠加 ，它表示，不是像经典位那样保持一个二进制值（“0”或“1”），而是一个量子位 可以同时保存“0”和“1”的组合 量子位有两种可能的结果0或1，但这些状态是0和1的叠加。在量子世界中，量子位不必处于这些状态之一。它可以在这些州的任何比例。一旦我们测量它的值，它就必须决定它是零还是一。这叫做叠加。这是量子系统同时处于多个状态的能力。

  例如，在经典计算中，有4个字节。4个字节的组合可以表示总共2^4=16个值，在给定的瞬间表示一个值。但在4个量子位的组合中，所有16个组合都可以同时进行。

• 纠缠—— 纠缠是存在于量子粒子之间的一种极强的相关性——事实上，这种相关性如此之强，以至于两个或多个量子粒子可以完美地一致地连接在一起，即使它们相隔很远。即使相隔很远，这些粒子仍保持着完美的相关性。两个量子位在激光的作用下纠缠在一起。一旦它们纠缠在一起，它们就处于一种不确定的状态。然后，量子位元可以被任何距离分开，它们将保持链接。当其中一个量子位被操控时，它的纠缠孪晶也会立即被操控。

量子计算机能做什么？

1. 量子计算机可以在很短的时间内轻松破解当今使用的加密算法，而要想获得当今可用的最佳超级计算机需要数十亿年的时间。尽管量子计算机能够破解当今的许多加密技术，但据预测，它们将创造出防黑客的替代品。
2. 量子计算机非常适合解决优化问题。