什么是“量子计算机”？对国家的发展有着怎样的重要性？

1. 什么是“量子计算机”？对国家的发展有着怎样的重要性？

  首先我们要了解到什么量子计算机，量子计算机（quantum computer）是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储，以及处理量子信息的物理装置。简单来说，对于一台普通的计算机来说根据它的性能找东西相对慢，而量子计算机根据量子力学能快速准确敏捷计算出怎么找东西花费的时间少。

  据媒体报道，12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟团队，中科院上海微系统所、以及国家并行计算机工程技术研究中心共同协作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，实验当中显示，求解数学算法高斯玻色5000万个样本取样时，只需200秒！
   据了解，这次突破历经20年， 要知道目前世界最快的超级计算机”富岳“要用6亿年，”九章“的计算速度比”悬铃木“快100亿倍，并且弥补了”悬铃木“技术上依赖样本数量的漏洞，这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家，同时，”九章”量子计算机的出现在国际量子领域研究中全球领先，位列第一！

    这对我国发展的重要性不可言喻，在军事领域上，量子计算机的通信技术和密钥技术具有先天的攻击优势，对我国信息安全具有重要性，还有一个重要用途是利用量子计算机可以模拟研发新药物和新材料，对人类克服疾病有很大帮助，另外，通过量子计算机的编程运用到机器人当中，到时候人类生活和工作效率都能大大提升 ，促进社会效益。

  现在中国的科技创新突飞猛进，随着在国际上地位的提高，一定未来可期。

2. 量子计算机的发展？

3. 未来的量子计算机是什么样的？

量子计算机不同于我们平时有的计算机。它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。如果某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法，那么它就是量子计算机。
这种量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。科学家们研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。还是先了解一下什么是量子计算机吧！
对于现在，我们使用的电子计算机集成电路的集成度，大约以每3年翻两番的速度发展。1990年制成了64兆位的动态随机存储器，集成电路的线宽已细到0.3微米。1993年制成了256兆位的动态随机存储器。当存储器达到1024兆位时，集成电路的线宽将细到0.1微米，也就是千万分之一米，它差不多是一根头发丝的千分之一。这么细的电路，被认为是集成电路的发展极，如果电路比这更细时，现有电子元件将会失去工作的理论基础，因为电子作为一种微小粒子，具有“波粒二象性”，当电路线宽大于0.1微米时，电子完全可视为粒子，而不必考虑其波动性；而当电路线宽小于0.1微米时，那么就必须考虑电子的波动性。与此同时还会出现种种新的物理现象，称为量子效应。利用量子效应工作的电子元件就被称为量子元件。
现在的电子元件是通过控制所通过的电子数量多少或有无来进行工作的。宏观上，电子计算用电位的高低来表示0和1以进行存储和计算。而量子元件则通过控制粒子波动的相位来实现输出信号的强弱和有无，量子计算机通过利用粒子的量子力学效应，如光子的极化，原子的自旋等来表示0和1以进行存储和计算。量子元件的使用将使计算机的工作速度大大提高(约可提高1000倍)，功耗大大减少(约可减少1000倍)，电路大大简化且不易发热，体积大大缩小。
量子计算机，最早是由理乍得?费曼提出的，一开始是从物理现象的模拟而来的。可是，他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间而使资料量也变得庞大。一个完好的模拟所需的运算时间则变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理乍得?费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，比现行计算机要快得多。正是它的这一特点吸引了大批科学家参与开发研究。量子计算机的概念也由此而诞生以及被人注意。
早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。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
日本日立制作所开发研究成功了一种量子元件——“单个电子晶体管”，它可以控制单个电子的运动。这种晶体管不仅体积小，而且功耗特别低，比目前功耗最小的晶体管低约1000倍。日本富士通公司正在开发量子元件超高密度存储器，在1平方厘米面积的芯片上，可存储10万亿比特的信息，相当于可存储6000亿个汉字。美国物理学家翰逊博士开发成功的电子自旋晶体管，很有可能将集成电路的线宽降至0.01微米。在一个小小的芯片上可容纳数万亿个晶体管，从而使集成电路的集成度大大提高。利用量子力学原理设计，由量子元件组装的量子计算机。它不仅运算速度快，存储量大、功耗低，而且体积也会大大缩小。一个超高速计算机可以直接放在口袋里，人造卫星的直径可以从数米减小到数十厘米。
量子计算机它可以进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓解铃还需系铃人，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟，人们一旦有了量子模拟计算机，就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算，便可精确地研究量子体系的特征。
量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的，量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的，因此造价相当惊人。目前唯一一台量子计算机仍在微软的硅谷老家中，尚在试验阶段，离投入使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的，因为这好比拿激光切割机去切纸大材小用。它的主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。但是在运行这一系列高难度运算的背后，是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。假如1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，当然这也只是最保守的估计；试想如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时有70摄氏度，那么2小时内机箱将达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这也还只是最保守的估计！
所以由此看来，高能短命的量子计算机恐怕离我们的生活还有一段漫长的距离，那么就让我们一起迎着未来的曙光拭目以待吧！
我们现在使用的计算机可以说是够高科技的，没想到科学家们还能研发出更为高科技的电子产品，这对于我们未来的生活来说是一种有益的帮助。只有科技不断进步，我们的社会也才会跟着不断的进步。对于未来的世界，我们有的是更多的期盼吧！

4. 量子计算机发展的基本理论是什么？

量子计算机
在最近的nature 周刊上，来自美国标准技术研究院的Emanuel Knill，以问答的方式介绍了关于量子计算机的基础知识，并且对发展前景做出了展望。现综述如下：
在传统（或经典）计算机中，信息用0 和 1 组成的字符串表示（每位一个比特，不是0就是1）。量子比特与经典的区别在于，前者应用了叠加原理 ；以至于量子比特可以是0 和 1的任意组合，例如：W> = a 0> + b1> ，其中 a 和 b 分别代表相干叠加态中 0> 态和1>态的比例系数。与经典情况类似，量子比特也可以构成比特串。基于量子相干效应，满足 a^2 +b^2 = 1条件的系数取值有无穷多组，因此量子比特串所代表的信息得以大大丰富。量子比特的构成可以利用光子的偏振，也可以利用被捕获离子（或原子）的能级，还可以利用超导线路（其中包括与电荷量相关的Cooper对箱，以及与环流方向相关的左/右旋环流之叠加态）。对量子信息的物理操控，包括对量子比特状态的初始化、逻辑门控制以及状态测量等。对某些问题，量子计算机可以做得比经典计算机快。但对于 “词处理” 一类的问题，考虑到要另外耗费量子比特操控资源，量子计算机不具有速度优势。
关于量子计算，原本只有学术方面的兴趣。1994年Peter Shor设计了一个非常有效的量子运算法则，用于将大数分解成两个素数因子；之后引出了一系列有关使用量子系统求解 “甲骨文问题” 的研究成果。Peter Shor的算法可以轻易破解当今在互联网上普遍使用的通信密码，这使得圈内专家开始评估构建量子计算机的可行性。理论表明：如果使用量子计算机仿真模拟量子系统，其求解速度将以指数方式提高。此外，对于最佳化以及积分问题，量子计算机的加速能力也是明显的。为构建量子计算机，首先要求量子比特与环境隔绝，避免“退相干”。使用逻辑门操控量子比特是我们所要做的，但退相干则引入误差。
纠缠是指两个粒子密切相关。首先A粒子和B粒子必须分别处于叠加态，纠缠量子对的状态可（例如）表示为：状态AB> =  0A0B>  ± 1A1B> 和 状态AB> =  0A1B> ± 1A0B> 。更重要的是，如果我们对A粒子的状态进行测量得到的结果是0，则B粒子必将坍缩到 1> 态，反之亦然。利用相互纠缠的量子对，可以对信息传输进行加密或解密。然而，纠缠的应用对增强量子计算机的功能而言，尚没有圈内的共识。
对量子比特做出精确的物理操控，是量子计算机给出正确结果的关键。我们不可能纠正每一个可能发生的错误，最终的量子纠错测试应在一台规模化的量子计算机上完成。量子计算机出错的途径比经典计算机更多，纠错任务的完成要求附加许多硬件（如量子比特和逻辑门）。对于出错几率的上限已经有了一个共识，即应小于0.0001。目前，还没有足够精确的量子逻辑门被展示，这也是业界所面临的一大挑战。利用8个被捕获的离子构成8位量子比特串，在这台迷你尺寸的量子计算机（只能算得上是量子寄存器）上，研究者已经展示了它分解 “大数” 的能力（15 = 3×5）。预计，在极低温条件下被捕获的原子阵列（作为量子比特阵列），将很快被用于量子过程的仿真模拟。Emanuel Knill乐观地估计，在他有生之年可以看到：能够完成有趣运算的量子设备。
（戴闻  编译自 Nature 463（2010）：441-443 ）

5. 量子计算机未来的应用

6. 量子计算机现在发展到哪一步了，能实现什么？

量子计算机处于正在发展阶段，利于生活的方方面面。
颠覆性技术，量子计算机无疑是莫属的。30年前，提出了量子构建计算的设想，此后没有停止探索的脚步。量子计算机现在发展到哪一步了，能实现什么？
量子计算机的发展，使传统计算机退化到算盘的作用了，量子领域传来捷报：某家公司研发出64量子体积的计算机，性能比上代要好。我国量子相关领域的公司开展合作，首次发现控制、读取的新思路，为扩展量子提供切实有效的办法。
量子计算机?某个计算的是量子信息，运行的是量子算法，就是量子计算机的范畴。对他充满期待，与传统计算机的发展遇到瓶颈期存在很大的关系。传统计算机发展更加缓慢，探索全新的计算技术逐渐的被提上日程
量子计算机是突破经典物理的产物，是后摩尔时代的技术。微观世界下，量子不可分割。人电子、光子等微观粒子，都是量子的形态。
传统计算机用0和1进行数据的操作。量子计算机的可以同时0和1并存的状态，允许叠加，拥有并行能力。举例说明，在800万本书找单词，经典计算机是逐次搜索，用多个处理器求解。量子叠加性质，与二进制逻辑不同，量子计算机可分为800万台计算机同时进行探索。量子计算机面前，传统的计算机退化到算盘。
需要大规模计算，量子计算机可有用武之地，先进材料和能源开发等方面。药物研发，他通过模拟分子、原子的演进，帮助人员找到对应的药物;公共交通：应对复杂的交通状况，调度交通系统，避免拥堵。
走出实验室，得益工程化推进。不少国家把量子计算当作制高点，知名企业纷纷涉足此领域，量子计算发展比想象当中的还要快，纸面想法变成现实。

7. 量子计算机目前发展情况是什么

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8. 量子计算机的前景是什么？

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