有谁知道“量子计算”是什么？

Question

在物理学中，它具有粒子在特定时间点以多个/并行动态存在的能力。在计算中，数据位是否能够同时等于1或0，第三个值如NULL [未知]或多个值？这项技术如何应用​​于：计算机处理器，编程，安全性等等？有没有人建造一个实用的量子计算机或开发了一种量子编程语言，例如，程序代码动态地改变或是自主的？

Answer 1

我已经完成了量子计算方面的研究，我希望这是一个明智的答案。

人们常说，量子计算机中的量子比特可以存在于0和1的“叠加”中。这是正确的，但是比你可能猜到的更微妙。即使使用具有随机性的经典计算机，在0和1的叠加中也可以存在一个位，在某种意义上它是0，有一些概率，1。就像当你掷骰子而不看结果，或接收你尚未阅读的电子邮件时，你可以将其状态视为可能性的叠加。现在，这可能听起来像只是flim-flam，但事实是这种类型的叠加是一种并行性，并且利用它的算法可以比其他算法更快。它被称为随机计算，而不是叠加，你可以说该位处于概率状态。

它和量子比特之间的区别在于量子比特可以拥有一组可能具有更多属性的叠加。普通比特的概率状态集合是线段，因为所有概率都是0或1.量子比特的状态集是圆形3维球。现在，概率位串比单个概率位更复杂，更有趣，对于量子位串也是如此。如果你可以像这样制作量子比特，那么实际上一些计算任务将不会比以前更容易，就像随机算法无法解决所有问题一样。但是一些计算问题，例如因子分解，具有比任何已知经典算法快得多的新量子算法。这不是时钟速度或摩尔定律的问题，因为第一个有用的量子比特可能相当慢且昂贵。它只是一种并行计算，正如一种算法使得随机选择只是在弱意义上使所有选择并行。但它是“关于类固醇的随机算法”;这是我最喜欢的局外人摘要。

现在是坏消息。为了使经典位处于叠加状态，它是一个随机选择，对你来说是秘密的。一旦你看到一个翻转的硬币，硬币“坍塌”到任何一个头肯定或尾巴肯定。它与量子比特之间的区别在于，为了使量子比特作为一个量子比特，它的状态必须是来自物理世界其他部分的秘密，而不仅仅是来自你。它必须是来自附近原子等的秘密。另一方面，对于量子计算机有用的量子比特，必须有一种方法来操纵它们，同时保持其状态的秘密。否则它的量子随机性或量子相干性就会破坏。制作量子比特并不容易，但它是常规的。使用量子门进行操纵的量子比特，无需向物理环境揭示其中的内容，这是非常困难的。

除了非常有限的玩具示范外，人们不知道该怎么做。但如果他们能够做到足以制造量子计算机，那么对于这些​​计算机来说，一些硬计算问题就会容易得多。其他人根本不会那么容易，关于哪些可以加速以及加速多少都是未知数。它肯定会对密码学产生各种影响;它将打破广泛使用的公钥加密形式。但是已经提出了其他类型的公钥密码术，这可能是可以的。此外，量子计算与量子密钥分发技术有关，看起来非常安全，秘密密钥密码术几乎肯定会相当安全。

Answer 2

使用“量子”计算一词的另一个因素是“纠缠对”。基本上如果你可以创造一个具有物理“旋转”的纠缠粒子对，量子物理学就要求每个电子上的旋转总是相反的。

如果您可以创建一个纠缠对，然后将它们分开，您可以通过更改其中一个粒子的旋转来使用该设备无需拦截即可传输数据。然后，您可以创建一个由粒子信息调制的信号，这个信号在理论上是不可破坏的，因为您无法通过拦截两个信号点之间的信息来了解粒子在任何给定时间的旋转。

许多非常感兴趣的组织正在研究这种技术以进行安全通信。

Answer 3

量子计算有很多应用。

一个巨大的问题是能够通过使用量子比特的不确定性来解决P-time中的NP难问题，从根本上强制解决问题。 （被删除的句子是假的。量子计算机不通过强制执行所有解决方案并行工作，他们不被认为能够解决NP-complete多项式时间的问题。参见例如here。）

Answer 4

是的，有量子加密，如果有人试图窥探您的通信，它会破坏数据流，使得他们和您都无法读取它。

然而，量子计算的真正力量在于量子比特可以具有0和1的叠加。大不了。但是，如果你有8个量子比特，你现在可以表示从0到255的所有整数的叠加。这使你可以用多项式而不是指数时间做一些相当有趣的事情。大数的因子分解（IE，破坏RSA等）就是其中之一。

Answer 5

我监控最近关于这个主题的非同行评审文章，这是我从我读过的内容中推断的。除了上面所说的之外，还有一个量子比特。即它们可以保持叠加值，它们也可以保持多个位，例如旋转/ +旋转/ +旋转 - /垂直，我需要缩写+ H，-H，+ V，-V Left +，LH， LV也不是所有的组合都是有效的，并且可以在量子位的类型上放置其他值 每个使用类似ram vs rom等波长的光子，带电荷的电子，带电荷的光子，带旋转的光子，你得到的想法，一些组合无效，有些需要额外的算法才能通过参数到下一个变量（存储数据的位置）或量子位（要返回的值的叠加位置，如果你只是因为大小和空间必然限制使用电线。最大的挑战之一是控制或消除Q.（量子）退相干。这通常意味着将系统与其环境隔离，因为与外部世界的相互作用导致系统去相干。2011年11月，研究人员使用4个量子比特对143进行分解。同年，D-Wave Systems公布了第一个商业广告。市场上的量子退火器名为D-Wave One。该公司声称该系统采用了128比特的处理器芯片组。2013年5月，谷歌公司宣布推出Q. AI.Lab，希望能够提升AI。我真的希望我没有浪费任何时间与他们已经知道的事情。如果你学到了什么，请高兴。 我还不能评论，这实际上取决于你正在使用什么类型的量子比特来了解状态的数量，例如UNSW硅Q.位“与钻石中子效价或SSD核磁共振磷 - 硅与液体核磁共振的相同。

Answer 6

基于Greg Kuperberg的回答，量子计算行业的更新：

D-Wave 2 System正在使用量子退火。

当observation发生时，叠加量子态将崩溃为唯一状态。目前量子退火的技术是对2个量子比特施加物理力，力量增加了对量子比特的约束，因此当观察发生时，量子比特将有更高的概率崩溃到我们愿意看到的结果。

参考：

1. How does a quantum machine work