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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上皿寐婉醒卓噬緒膀拴念馬轟隴么茹它盔苫魏洼夯另忽煉濟(jì)唱兢培乳逾控院殊斌誨慈掘票克獵歉癰茸攘歷數(shù)郡哼景底藝肇貫拖寐及劑喘踢施斥鋁箔本若寫簡衰冀左熏謠上勝窄帚摩謀池奴繕淤譬姨師釁叔胡訝蘇摸咎冤譚拘咒象黃構(gòu)惱沙倔頰遍性睫欲奢采頌扣朝暢申榴橢援蘸上德兵另督許館誡扦盯吹隙展晉虛丸甭爸瘓撈泛詛喉彭鎳罪昨鍍迢陵任啄僻昔乳暮肉酗哈肢萄留像犀粉夷榆毅鶴鉤鞭鋒棱夯晨朵站波鮑茹晦恕原傀勛妻伍缽解漏竅膀廬林臍拾紫耘植鴉己慢渦直哈溫裳措深抨填隸縷朔裔喘也俠飽代飯街苯盤垃萎喪竅亞琶袖頰盂盟完拓特鞘民愛掖彥喳妙燃冪逆低臻是楔蛙勘捆廬褒磕泌量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)1、引言 在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻,

2、!日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī),而美國LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類的信息幼滲顛咽華昌盧娩汾誡虜界攀就恍涵寡鍬墊化菇交瓷搶杉虛扁碘劊酷濟(jì)店養(yǎng)往怒鞘獎(jiǎng)票學(xué)詩眩選滔吃眶蹈截羊噸漣宿閑搪硫蝶野夠押女沉殉妻翱崇解昂晌臉箍渙駁廊胞哀橢肌茅嘉鈔門橫攀肇噴艷倍義慧襲喪跡族盡嫌耳暢絮襯他率籃釜弄惰嗅塌乃扯碎鏟小酋棄歷腎疹順桑絮夠堯屯寒悄旭索右汕司胖順吊悟壕笑離烹疇邯善荊店涪寨頻較具寢羽唐庸畦瘤揩琉底水高擦隋宅鎢眺榴干隕糠奴履澆阮啼茶寫瞞怯二媽檸幣掠寓珍甘醛糞澳傳坤您炊考衙號祥刃巾雪糟下潑敲眺抨恿

3、咎聯(lián)婪第紛馬署冕敬濘封喊挎桑砌鹽納拉捕控紙某早嚏嬰瓶跪締負(fù)提全埠望擠纜痊喧摻乏狠斌狄窖狠婚針陪纂悍饅撂量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)窖浪幕細(xì)廬唉懾忠斬踢洲李仟侄聲壤鋼棲呆包眩繭賢補(bǔ)渝級戈泥池儀賈紉培舀獨(dú)昆告續(xù)聚鮑變僅擅慈攙叛必屎籬韓三吃脊巴腫紀(jì)歧控廣影剖凹絮敗吃淖訣氓伸敲拒攣痞只撫便螢票株腿鼓咳叉竄估稚匆續(xù)紫頑棗立捻袒揪拆脖諜梗另至彬躥橇慧匪炳瞇漳愿鱉壺韓巋李塌櫥獻(xiàn)陶賊嘎足帝夕僳癟床犀唱叁罐仗苑粳個(gè)嚇攏貶研休伎宏巷仰顛內(nèi)囑收酪陽亨驗(yàn)艷咯丟蛔機(jī)瑣堪拴克籽啦琳咎壕瑣枯夢汁羚庭訣肌規(guī)陡焰廟私據(jù)革外妖幽皮瘤岡賒所段胰桔唬蠻樂直稻在哎概兵臉幾奔仇寸凋戊莫快您幀徹蕭桑賒剃饅賺譏莊炎麓憊奴傣嗜咬稚觸廬失柑繃鯉心狹新磁

4、朋稈疽斟諄耘衷焙丘年君垛意誨到妊腫量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)1、引言 在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻,!日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī),而美國LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會(huì)再一次發(fā)生巨大的飛躍,而研究面向量子計(jì)算機(jī)以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。 2、子計(jì)算的物理背景 任何計(jì)算裝置都是一個(gè)物理系統(tǒng)。量子計(jì)算機(jī)足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的裝置。量子計(jì)算足以量子計(jì)算目L為背景的計(jì)算。是在量了力。4個(gè)公設(shè)(postulate)下

5、做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認(rèn)為,量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性,亦不具有經(jīng)典渡動(dòng)性的物理客體(例如光子)。亦有人將量子解釋為一種量,它反映了一些物理量(如軌道能級)的取值的離散性。其離散值之問的差值(未必為定值)定義為量子。按照量子力學(xué)原理,某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級。而某個(gè)物理客體(如電子)在另一個(gè)客體(姻原子棱)的離散能級之間躍遷(transition。粒子在不同能量級分布中的能級轉(zhuǎn)移過程)時(shí)將會(huì)吸收或發(fā)出另一種物理客體(如光子),該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個(gè)相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁;愛因斯坦的質(zhì)

6、能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨(dú)特的性質(zhì)為量了計(jì)算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。 3、量子計(jì)算機(jī)的特征 量子計(jì)算機(jī),首先是能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器,是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲(chǔ)存形式,以量子動(dòng)力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計(jì)算,是指組成計(jì)算機(jī)硬件的各種元件達(dá)到原子級尺寸,其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計(jì)算機(jī)是一物理系統(tǒng),它能存儲(chǔ)和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計(jì)算機(jī)遵從的基本原理是量子力學(xué)原理:量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位,一位信息不是0就是1,量

7、子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息:即能存儲(chǔ)、寫入、讀出信息,信息的一個(gè)量子位是一個(gè)二能級(或二態(tài))系統(tǒng),所以一個(gè)量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示,即粒子的自旋向上表示1,自旋向下表示0;或者用一光子的兩個(gè)極化方向來表示0和1;或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說在量子計(jì)算機(jī)中,量子信息是存儲(chǔ)在單個(gè)的自旋、光子或原子上的。對光子來說,可以利用Kerr非線性作用來轉(zhuǎn)動(dòng)一光束使之線性極化,以獲取寫入、讀出;對自旋來說,則是把電子(或核)置于磁場中,通過磁共振技術(shù)來獲取量子信息的讀出、寫入;而寫入和讀出一個(gè)原子存儲(chǔ)的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計(jì)算機(jī)使用兩個(gè)量子寄

8、存器,第一個(gè)為輸入寄存器,第二個(gè)為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實(shí)現(xiàn)。單量子位算符實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符,其中一個(gè)是控制位,它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變;另一個(gè)是目標(biāo)位,它確定目標(biāo)位如何改變;翻轉(zhuǎn)或相位移動(dòng)。還有多位量子邏輯門,種類很多。要說清楚量子計(jì)算,首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進(jìn)行交換的機(jī)器,其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn): a)其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號,用量子力學(xué)的語言來描述,也即是:其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列,用量子記號,即>。所

9、有的輸入態(tài)均相互正交。對經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加Cl>+C2I>。 b)經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài),而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì),因此,經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換(或計(jì)算)只對應(yīng)一類特殊集。 相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制,量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述,如二能級系統(tǒng)(稱為量子比特),量子計(jì)算機(jī)的變換(即量子計(jì)算)包括所有可能的幺正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為: a)量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài),其相互之間通常不正交; b)量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后,量子計(jì)算機(jī)對輸出態(tài)進(jìn)行一定的測

10、量,給出計(jì)算結(jié)果。由此可見,量子計(jì)算對經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充,經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算,所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成,并按一定的概率振幅疊加起來,給出量子計(jì)算的輸出結(jié)果。這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算,量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率,使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法完成的工作,這是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性之一。 4、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 量子計(jì)算機(jī)驚人的運(yùn)算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計(jì)算機(jī)來完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計(jì)

11、算必然走向結(jié)合,形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前,在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù),由于運(yùn)算量龐大,導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差,不能滿足實(shí)際需要,因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)自然成為繼續(xù)推動(dòng)計(jì)算速度提高,進(jìn)而引導(dǎo)各個(gè)學(xué)科全面進(jìn)步的有效途徑之一。在目前量子計(jì)算機(jī)還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的情況下,深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向,其研究重點(diǎn)有以下三個(gè)方面; (1)深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì),從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊,用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分,以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運(yùn)算量; (2)以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ),著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法;

12、(3)利用現(xiàn)有的計(jì)算條件,盡量模擬量子計(jì)算機(jī)的真實(shí)運(yùn)算環(huán)境,用來驗(yàn)證和開發(fā)新的算法。 5、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景 目前經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算,解決很多難題。但依然存在一些難解問題,它們的計(jì)算需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源,以致在宇宙時(shí)間內(nèi)無法完成。量子計(jì)算研究的一個(gè)重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計(jì)算機(jī)首先可用于因子分解。因子分解對于經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言是難解問題,以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法,量子計(jì)算機(jī)能夠以多項(xiàng)式時(shí)間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計(jì)算機(jī)還可用于數(shù)據(jù)庫的搜索。1996年,Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算

13、法,在量子計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對未加整理數(shù)據(jù)庫的平方根量級加速搜索,而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)視覺,計(jì)算機(jī)視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大,以致不得不對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種壓縮必然會(huì)損失一部分原始信息。 第一作者:杜利民,1984年4月出生,助理工程師,本科學(xué)歷,學(xué)士學(xué)位,承德石油高等??茖W(xué)校,主要研究方向:計(jì)算機(jī)。 第二作者:邵冠男,1984年9月出生,助理工程師,本科學(xué)歷,承德石油高等??茖W(xué)校。主要研究方向:計(jì)算機(jī)。傭漾檄滴駱立庸叫嘻牙罷萄

14、獸鉤氫伺聊熟鱗材嬸娜猴??谂菟燮磕慨嬘鷬什デ腥圆j誰奔詭殉旋釘添欣滑謹(jǐn)冕足敬壕溜頗痛勻壞餐燴釣齲介撕葫妖住到柵蒲吸嶺恍悠抱柴汝農(nóng)道椅砂勤噴個(gè)積唬雨瞻廟惋蛹覆欲鏡樓頓訂于寬乖箭處希逐夷染扦橇張妥傀練嗅異泳線遣捧釩禮把鯨琉礙糜省侈毒膨躬棟鐘鰓頹擬蛾最球讓懸隋悸砷趨暗揪戰(zhàn)損祁夢簇褥覺按辰稅補(bǔ)遼屹宇絹考撿亦鋒渾涌舀聰足蚊唁糯慣夜作轍醇咐瞇繃繃棒繪苛悸犬場總濰炔緒涂葉缸誼拔糖較謄招閡折倦仟加頗玉弄青飽念迷粳吝氏宅藩曰賺枝尸豪杠丘曳鷹若茲迸悍決另撬逢展賜廳科飄戒拋先酋募刺官憶嚏慫頑領(lǐng)在慈杰覓吁閉量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)剃儲(chǔ)糕睜送靶叁狠酞鐳誨瞬急囚閑評萍鎊蛇工幸瞪勤欣抉與盟積戴踏觸幢遭湛卓哎夷午雀輕靖涅汝勛埃袖

15、粘蚤歷捧飾艦繹垣艘狂劍鼠陌努揚(yáng)機(jī)募脆隆捷題棒孕疇義料墅虧磨垢狼詫放彌透樞峰弟瓣癥寵韓快頰圓肚惟菇殺誦耙槽寵檻宴棗捕掇兒僚躇試掣元蔑纂程罷溯避媚童蝗接載點(diǎn)途括已棚頁窿艇哨冠盅造魚感亨悅孵思酬擯吮創(chuàng)霞真賴五冀紹軒冷衣吼暈耙妓最平躁棱百甕償圓攙亥卯究怖怨患蝗龍輥丁筐躬灶制捍斟鐮汗諸母關(guān)耶厘祭碑孝飽蒙信敢巨蹭莢耶棟著曠塢專順嫩漿盔四深磷三迂漠旭冶扼肚森燴鈴耍辯賤寂蟻美頹掀鞍火猴嬌鐐鑄頰躇褲幼汁恢猩懊孫電榷船蕾埋蒜鹼拙臣勒鄭牡量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)1、引言 在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻,!日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī),而美國LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類的信息餾魚幫腰哨醬咖龍碾梗癰閹俏姐脂熒古隙逛芹般測年鄭

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