量子计算概念。汇编

1.总结

什么是量子计算？

计算带来了计算范式的微小变化，在为显着的计算增益进行计算时，可以应用大规模并行处理，而这在传统算法的确定性中就被牺牲了。

为此，量子计算机需要将要构成它的量子位的粒子同时处于两种状态，这需要几乎完全隔离，并且需要一个环境来控制并避免量子位与其他粒子或辐射的任何可能的相互作用。，这使得很难构建目前可以稳定的真实量子计算机，这就是为什么尚未实现具有足够容量的量子计算机的原因，仅是原型开发在逐步发展。

2.简介

它是与经典计算不同的计算范例。它基于使用量子位而不是位，并且产生了使新算法成为可能的新逻辑门。

2.1位和量子位。重叠信息

在经典计算机中，可存储信息的最小数量就是位。原子存储单元可以存储两个可能的离散状态之一（0或1）。量子力学在位概念上的应用使量子位或量子位（量子位）的诞生成为可能：存储单元可以是两种状态之一（0或1），也可以是两者的某种叠加。

这意味着使用N个量子位的寄存器，最多可以表示2 ^ N个不同的值。对一个qubit寄存器进行运算将对所有叠加在寄存器上的值进行运算。在埃弗里特的解释下，这种大规模的并行计算应用就是我们所谓的“在无限的并行宇宙上操作”，也就是说，在当时量子位寄存器可以包含的不同现实（或值）上。例如，如果您有一个10量子位的寄存器，那么同一寄存器一次最多可以存储1024个值，即十个经典位可能占用的所有可能值的叠加。通过对该注册表进行操作，此操作将应用于所有可能的注册表值，因此在这种情况下，将以单个操作为代价执行1024个操作。显然，系统的功能将成倍增加，可以组合到一个寄存器中的qubit数量。

3.量子计算的起源

量子计算的想法出现于1981年，当时保罗·贝尼奥夫（Paul Benioff）阐述了他的理论以在计算环境中利用量子定律。而不是在电压水平下工作，而是在多少电压下工作。在数字计算中，一个位只能取两个值：0或1。相比之下，在量子计算中，量子力学定律介入，并且粒子可以处于相干叠加中：可以是0.1，可以是0和1同时（亚原子粒子的两个正交状态）。这允许根据量子位的数量同时执行多个操作。

4.特点

在我们今天使用的计算中，每个位可以同时出现在交替状态和直接状态中，而在量子计算中，每个位在同一时刻变为多个状态。因此，我们可以成倍地减少当前算法使用的时间。有一种架构与我们目前拥有的架构非常相似，该架构在理论领域非常成功，其实现取决于量子计算机的未来实现。

量子科学家在证明大幅减少算法执行所需的计算资源的可行性方面已取得了巨大的理论进展，其中一些需要当今存在的最先进计算机的大量计算能力。在理论上取得了巨大成功的一些例子是上述对素因数的搜索，或者在无序数据库中的搜索。量子计算的理论基础基于原子世界的相互作用以及量子计算机的未来实现。此外，它是最有前途的方法之一，因为它提供了一系列宏伟的演示文稿，能够复制最先进的存储设备。

5.量子纠缠和隐形传态

量子力学的一个令人惊讶的概念是被称为量子纠缠或量子纠缠的概念，其中两个状态未知的粒子被链接在一起，这样当其中一个粒子的波函数崩溃时，无论它们之间的距离如何，，即使该另一粒子处于独立系统中，其互锁对应对象的状态也将或多或少地被确定。这种效果将应用于qubit，使其中一些值取决于我们在其他值中观察到的值，从而使我们能够执行我们正在谈论的值的``过滤''，因为在寄存器中观察某个值将完全限制我们可以观察到的值。在第一条记录中链接的另一条记录中。

量子隐形传态利用了这一原理，并允许我们在远离原始量子位的任何地方检索包含未知状态的量子位的信息，从而将所述量子位包含的所有信息传输到另一个量子位。我们将使用两个量子比特的交织作为传输通道：我们将使用一个交织的量子比特来操作要传输的量子比特，导致两者的信息崩溃，并获得两个经典比特以及不崩溃的交织的量子比特。这两个经典位现在可以与交织的量子位一起使用，从而使我们能够还原包含要传输的量子位的信息。这使我们可以将包含未知状态量子位的信息发送到另一个位置，不会丢失信息，也不会冒着风险，在发送qubit期间与毁坏的系统交互，其中包含其中的信息。

5.1量子计算的应用实例

下面介绍了量子计算的两个有趣的应用。

Shor的因数分解算法：

当前，将整数分解为质数是存在的最大计算挑战之一。最著名的因式分解算法不能在可接受的时间内解决问题，它们的效率为（O（e ^（a *log⁡（a）））），n的个数为数字大小，最后是实际结果获得了假设的18个月的计算时间（以50年的“计算时间”）来分解200个数字。

这用于加密领域，以创建涉及知道要解密的大量因素的密钥。

在这种情况下，量子计算将为我们带来巨大的成就，它提供了Shor的量子算法，该算法将寻找数的素数的问题转化为寻找某个函数的周期的问题，然后利用这些优势量子计算可以一次评估其所有点的函数，几乎可以肯定地找到函数的周期，并可以节省计算时间，直到达到（0（log（〖n）} ^ 3 ））。

可以很容易地看出，在这种情况下，经典算法和量子算法之间的增益差异如何。

搜索杂乱集的Grover算法：

我们可以在格罗弗（Grover）的算法中找到量子算法优势的另一个例子，该算法用于搜索无序集合上的元素。

经典地，在大小为n的无序集合上的搜索效率当然为O（n）。Grover的算法设法将这段时间提高到O（√n）。

尽管增益看起来不像以前那样令人印象深刻，但是应用程序更为重要，因为可以将其用于加速部分或完全基于对可能解决方案集的详尽搜索的任何算法。

索尔vs阿尔格经典

科学家们

超级计算机（图灵之外）。

保罗·贝尼奥夫（Paul Benioff），理查德·费曼（Richard Feynman），大卫·德意志（David Deutsch），洛夫·格罗夫（Lov Grove），塞思·劳埃德（Seith Lloyd），加藤道雄（Michio Kaku）等。

6.量子计算的优势

总而言之，量子计算的优点是并行应用程序的大量应用以及能够为量子计算无法解决的问题（由于其高昂的计算成本）提供新解决方案的能力。

但是，尽管有上述优点，量子计算机仅对给定范围的任务才有效。这意味着在某些功能中，使用量子技术不会比当前的经典计算有优势。

6.1量子计算问题

量子计算的主要障碍之一是量子相干性问题，该问题导致了量子算法各步骤的统一性的丧失。

Otro de los problemas principales es la escalabilidad, especialmente teniendo en cuenta el considerable incremento en qubits necesarios para cualquier cálculo que implica la corrección de errores. Para ninguno de los sistemas actualmente propuestos es trivial un diseño capaz de manejar un número lo bastante alto de qubits para resolver problemas computacionalmente interesantes hoy en día.

7. Hardware para computación cuantica

Aun no se ha resuelto el problema de que hardware seria el ideal para la computación cuantica se ha definido una serie de condiciones que debe cumplir, conocida como la lista de Di Vinzenzo y hay varios candidatos actualmente.

Condiciones a cumplir.

El sistema ha de poder inicializarse, esto es, llevarse a un estado de partida conocido y controlado.

Ha de ser posibles manipulaciones a los qubits de forma controlada, con un conjunto de operaciones que forme un conjunto universal de puertas lógicas.

El sistema ha de mantener su coherencia cuantica a lo largo del experimento.

Ha de poder leerse el estado final del sistema, tras el cálculo.

El sistema ha de ser escalable: tiene que haber una forma definida de aumentar el número de qubits, para tratar con problemas de mayor coste computacional.

7.1 Transmisión de datos y procesadores

Científicos de los laboratorios Max Planck y Niels Bohr publicaron, en noviembre de 2005, en la revista Nature, resultados sobre la transmisión cuantica, usando la luz como vehículo, a distancias de 100 kilómetros. Los resultados dan niveles de éxito en las transmisiones del 70 %, lo que representa un nivel de calidad que permite utilizar protocolos de transmisión con auto corrección.

Actualmente se trabaja en el diseño de repetidores que permitirían transmitir información a distancias mayores a las ya alcanzadas.

En 2004, científicos del instituto de Física aplicada de la universidad de Bonn publicaron resultados sobre un registro cuántico experimental. Para ello utilizaron átomos neutros que almacenan la información cuantica, por lo que son llamados qubits por analogía con los bits. Su objetivo actual es construir una puerta cuantica, con lo cual se tendrían los elementos básicos que constituyen los procesadores que son el corazón de las computadoras actuales. Cabe destacar que un chip de tecnología VLSI contiene actualmente más de cien mil puertas de manera que su uso práctico todavía se presenta en un horizonte lejano

8. Tipos de computación

– Computación clásica- ley de Moore.– Computación molecular (nano tecnología).-Más allá de las leyes física clásica. 2020 fin- almacenamiento 3D algunos años más.-Computación cuantica: algoritmos

9. Conclusión

Fin de la computación clásicaDificultades de la computación cuanticaÁmbito de investigación.Posibles problemas para criptografía.

10. Referencias

Baila Martínez, S. (2005). Computación Cuantica. http://www.sargue.netAlejo Plana, M.A. (2001). El ordenador cuántico. http://www.um.es/docencia/campoyl/cuantico.PDFSalas Peralta,P.J.(2006). Corrección de errores en ordenadores cuánticos. Revista española de física (Enero- Marzo, 2006).http://www.babab.com/no12/ordenadores.htmhttps://www.youtube.com/watch¿v=sXyCHdEbmcMhttp://www.microsiervos.com/archivos/ordenadores/ordenador-cuantico-apagado.htmlhttp://www.microsiervos.com/archivos/ordenadores/computacion-cuantica.htmlhttp://www.sociedadelainformacion.com/física/ordenadorescuanticos.htmhttp://www.amazings.com/ciencia/noticias/041102ª.html