量子计算机

量子计算机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。

量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备特点。量子计算机的计算基础是量子比特，不但能够计算离散量，还可以计算连续量，在同等时间里，能够储存大量数据，使得计算效率较高。

1. 量子计算机简介量子计算机的研制已经引起各国的高度重视。各国都在加大力度进行量子计算机的研究和开发。目前，美国已经成功研制出10个量子比特的量子计算机。其将计算比特数目和算法复杂程度都提高了一个档次。同时加拿大的DWave公司也开发出具有28个量子比特的量子计算机。我国在量子计算机的研制方面也取得了一些进展。中科院先后成功研制出串行和并行量子计算机。并行量子计算机可以执行大规模的并行计算，速度比目前的PC机提高的百万倍同时，中科院在“九五”期间又启动了量子计算机的研究项目。目前，中科院在量子计算方面已经取得了一些进展。

2. 量子计算机的历史发展1982年，Feyma首次提出量子计算机的概念。1985年，牛津大学的David Deusch证明了任何物理过程原则上都能很好地被量子计算机模拟。1996年，牛津大学的Peer Shor发明了一种基于量子力学原理的高效的数值计算方法，这一算法被广泛地应用于算术编码、图像压缩等领域。1997年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室成功地构造了基于4个量子比特的超导电路，从而实现了4位二进制量子加法器。1999年，美国国家标准技术研究院研制出2个超导量子比特的量子计算机。2000年，美国国防部和加州大学圣塔芭芭拉分校宣布开发了基于砷化镓装置的4个量子比特的固体电路。2002年，日本富士通公司开发出1台基于硅基半导体电路的8个量子比特的超导量子计算机。2003年，加拿大DWave公司开发出5个量子比特的“猎户星座”量子计算机。2007年，加拿大DWave公司开发出具有16个量子比特的“夏帕克”量子计算机。2009年，美国国家标准技术研究院研制出7个光子比特的量子计算机。2017年，IBM推出全球首个商业通用量子计算服务IBM Quaum。

3. 量子计算机的基本组成一台完整的量子计算机由以下几个部分组成：（1）控制单元：对整个系统进行控制和操作；（2）读入单元：将输入数据转化为适合于处理的内部格式；（3）计算单元：完成全部计算任务；（4）输出单元：将计算结果输出到外部介质上。

4. 量子计算机的运算原理在经典计算机中，信息以0和1的二进制数位存储和处理，而在量子计算机中，信息存储在量子比特中，它可以同时表示0和1的叠加态，这种状态称为叠加态或量子态。在量子计算机中，量子比特之间还可以发生相互作用，使得不同量子比特之间产生纠缠态。这种纠缠态是量子计算机所独有的现象，它可以使得多个量子比特之间的状态同时发生变化。在运算过程中，量子比特之间通过相互作用不断地发生叠加和纠缠，最后再通过测量确定其状态，得到计算结果。这种计算方式与经典计算机不同之处在于：它可以在一步之中完成多个操作。这种计算方式也就被人们称为并行计算。