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神秘的量子力学 之 量子计算机 内容提要：量子计算机（quantum computer）是一类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。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。量子计算机得名于量子力学，长期以来，研究人员一直认为，量子计算机的运行速度将远远快于传统计算机。 关键词：量子计算机 量子力学 快速 一、简介 量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生. 量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到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。 量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。 1994年，贝尔实验室的专家彼得·舒尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。这是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。如果把半导体计算机比成单一乐器，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位元的量子计算机，就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。 系统组成 据国外媒体报道，谷歌计划参与创办一个研究量子计算的实验室，这无疑是对量子计算技术的认可。自1999年以来，加拿大公司D-Wave一直在从事量子计算技术的研究。 由D-Wave生产的一台量子计算机将安装在美国宇航局艾姆斯研究中心——距离谷歌位于山景城的公司总部不远。这台量子计算机由非盈利机构大学空间研究协会负责管理。 这一计划旨在使谷歌和其他机构的研究人员，尝试利用量子计算机解决不同类型的计算问题。量子计算机得名于量子力学，长期以来，研究人员一直认为，量子计算机的运行速度将远远快于传统计算机。 IBM和微软等许多科技公司都在研究量子计算技术。D-Wave是唯一销售量子计算机硬件的厂商。洛克希德马丁公司2010年采购了一台量子计算机，安装在与南加州大学联合成立的一个研究中心。 安装在艾姆斯研究中心的量子计算机需要通过由谷歌及其合作伙伴进行的一系列测试。市场研究公司IDC分析师史蒂夫·康维(Steve Conway)说，“这台量子计算机的实际处理能力尚不得而知。但是，像谷歌这样的公司采购量子计算机，对量子计算技术而言就是一大进步。” 谷歌研究人员哈特穆特·内文(Hartmut Neven)发表博文称，该公司希望量子计算技术可以推动机器学习领域的发展，在疾病治疗、跟踪气候变化和开发语音识别技术方面发挥作用。 艾姆斯研究中心发表博文称，新系统可能的用途包括更好地解决空中交通管制、机器人，以及任务规划和调度等领域的问题。 对D-Wave量子计算机的测试，将利用选定的算法比较它与配置英特尔芯片的传统计算机的性能。D-Wave表示，在某些测试中，量子计算机的速度快1.1万倍。D-Wave首席执行官弗恩·布劳内尔(Vern Brownell)说，“我对此感到吃惊。在计算机科学发展的历史上，可曾有一种新技术的速度比上一代技术快1.1万倍？” 各方没有披露与新实验室相关的财务资料。但业内人士估计，D-Wave量子计算机的价格约为1000万美元。 传统超级计算机可能利用大量商品化芯片完成运算任务。相比之下，D-Wave量子计算机只配置一个由至多512个“量子比特”(qubits)组成的芯片。对于部分问题，量子比特能同时尝试所有可能的解决方案，迅速找到最优的解决方案。 但是，D-Wave量子计算机要求芯片采用超导材料制造，而且要求环境温度接近绝对零度。 D-Wave投资方包括亚马逊首席执行官杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)和风险投资公司In-Q-Tel。D-Wave没有披露融资金额，但据布劳内尔透露，D-Wave融资总金额超过1亿美元。