光量子计算机缺点_光量子计算机原理

量子计算机有什么技术难点？

相关研究表明，在相干时间内，实现任何有实际价值的运算过程需要完成1万次以上的作，如何延长相干时间是很多科学家都在努力攻克的一个技术难点，另外就是在相干时间内提高量子逻辑门作的速度。

光量子计算机缺点_光量子计算机原理

量子计算机的技术难点，现在还没有完全攻克，将来如果攻克了，计算速度会有飞跃性提升

量子计算机的技术以及要点是CPU必须要好，不然达不到。

量子计算机相比普通电脑运算为什么更快？怎么样计算

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。

2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，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以而构成威胁之后，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。

半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。

图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。

20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆作。那么，是否计算过程必须要用不可逆作才能完成呢？问题的是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步作都可以改造为可逆作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。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。

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。

量子计算机的特点

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits）），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的玄正变换。

1.量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

2量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。

由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干（也称“退相干”）。因此，要使量子计算成为现 承载16个量子位的硅芯片实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算 量子计算机原理机无法解决的问题。

量子计算机和生物计算机各自的优缺点有哪些？

1、量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交; 量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。

2、量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

3、在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干(也称“退相干”)。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干有效的方法。

4、主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

5、生物计算机有很多优点，它体积小，功效高。在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，比目前的集成电路小得多，用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形状了，可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。

6、当我们在运动中，不小心碰伤了身体，有的上点儿，有的年轻人甚至都不上，过几天，伤口就愈合了。这是因为人体具有自我修复功能。同样，生物计算机也有这种功能，当它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，所以，生物计算机具有性和很高的可靠性。

7、生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件，它们是利用化学反应工作的，所以，只需要很少的能量就可以工作了，因此，不会像电子计算机那样，工作一段时间后，机体会发热，而它的电路间也没有信号干扰。

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。

可编程光量子计算机——后来者居上

毫无疑问，量子计算在20年中走过了一段漫长的路。二十年前，光学量子技术看起来是有前景的路线。将信息存储在光子的量子态中是很容易的。用标准光学元件纵这些状态也很容易，测量结果相对来说则不那么重要。量子计算只是现有量子实验的新应用，这些实验表明系统的易用性，并使光学技术具有早期优势。

但量子计算的一个关键是能够根据一个量子位的状态改变另一个量子位的状态。 这在光学量子计算中虽然可行，但很麻烦。通常，双（或更多）量子位的作是非线性作，而光学的非线性过程效率非常低下。也有线性的双量子位作，只不过它们是概率的，因此需要重复多次计算以确认哪个是正确的。

第二个关键因素是可编程性。 每执行一个计算任务造一台新计算机是不可取的。在这里，光学量子计算机似乎真的没有优势。光学量子计算机可以是易于建立和测量的，也可以是可编程的，但不能两者兼而有之。

与此同时，私人公司于能够克服超导传输子量子比特和离子阱所面临的挑战。 对于超导路线，工程师可以利用他们在印刷电路板布线和射频工程中获得的经验来扩展量子位的数量和提高其质量。至于离子阱，工程师们已经知道量子位是高质量和长寿的，因此他们亟需扩展量子位的数量。

光学量子计算机似乎注定要失败。

那么，是什么改变了光学量子计算机的可行性呢？ 过去十年见证了许多进展。 其中一个是可以检测到接收光子数量的探测器的出现。 原先所有工作都依赖于单光子探测器，它可以探测到有没有光子存在。你可以确保检测到的是一个光子，而不是整个光子束。

由于单光子探测器无法区分一个、二个、三个或多个光子，量子计算机受限于此。复杂的计算需要许多单个光子，所有这些光子都需要被控制、设置和读取。随着作次数的增加，成功的概率急剧下降。因此，同样的计算必须运行很多很多次，你才能确定正确的。

通过使用光子数解析探测器，科学家不再局限于单个光子中编码的状态。 现在，可以利用光子数的状态。换句话说，一个量子位可以处在不同的光子数量（0、1、2或更多）的叠加状态。

第二个关键发展是集成光电路。集成光学技术已经存在了一段时间，但它们还没有完全达到集成电路的精度和可靠性。现在情况已经改变了。 随着工程师在制造技术和光电路设计方面的经验越来越丰富，他们制造的光学芯片性能也越来越好。集成光学技术目前在电信行业普遍使用，可见其规模性和可靠性。

多亏了这些发展，现在研究人员能轻松地设计并从晶圆厂定制他们的光学量子芯片，这在不到十年前是不可想象的。因此，从某种意义上说，这是一个关于基础技术发展的长达20年的故事。

来自一家名为Xanadu的初创公司和NIST的研究人员将这些技术开发整合在一起，生产出一种集成光学芯片，可产生8个量子位。 光子通过由马赫曾德尔干涉仪组成的电路来完成计算。在电路中，每个量子位会在每个干涉仪与自身或其它量子位发生干涉。当每个量子位通过干涉仪后，它的方向由其状态和干涉仪的参数决定。它的方向将决定它下一次移动到哪个干涉仪，并终决定它离开设备时的位置。

干涉仪的参数是程序员用来控制计算的旋钮。在实际作中，旋钮只是改变单个波导段的温度。但程序开发者不必担心这些细节，相反，Xanadu提供一个可调用的编程接口（Strawberry Fields Python Library）。程序员写完代码由控制系统编译，然后可调控芯片上的温度。

为了证明他们的芯片是灵活多用的，研究人员进行了一系列不同的计算。个任务是计算机在给定时间内可以生成多少个不同的状态。 之后，研究人员用其成功地计算了乙烯的振动状态。 这些精心挑选的示例非常适合一台8量子位的量子计算机。

第三个计算涉及计算图相似度。这是一个模式匹配的练习，就像面部识别。当然，这些图很简单，但同样机器表现良好。据作者称，这是首次在量子计算机上演示图相似度。

也许光学量子计算机被夸大了。然而，这是一次大的进步。 扩展到更多数量的量子位没有大的障碍。 不过研究人员将不得不减少波导的光子损失，以及驱动激光的泄漏（目前有一些光会泄漏到计算电路，这不是我们想要的）。此外必须规模化热管理。但是，与以往的光量子计算样机不同，这些都不是"全新技术"的障碍。

更重要的是，缩放不会大量增加复杂性。 在超导路线中，超导量子位是磁场中的电流环。 每个量子位都会产生场并干扰到其它量子位。工程师们不得不费尽心力在正确的时间将量子位耦合和解耦。系统越大，任务就越棘手。离子阱计算机在其陷阱模式中面临着类似的问题。 而光学系统中没有类似的问题，这就是它们的主要优势。

能不能简单介绍一下量子计算机与普通计算机的区别？

计算载体的不同，普通计算机的载体是集成电路，应用的是电路分析，量子计算机的载体是分子原子甚至更小的基本粒子，应用的量子相干性，但计算原理是一样的，和几千年前的算盘如出一辙

简述量子计算机的优点。

节省时间。首先量子计算机处理数据不象传统计算机那样分步进行，而是同时完成，这样就节省了不少时间，适于大规模的数据计算。传统计算机随着处理数据位数的增加所面临的困难线形增加，要分解一个129位的数字需要1600台超级计算机联网工作8个月，而要分解一个140位的数字所需的时间要几百年。但是利用一台量子计算机，在几秒内就可得到结果。

体积小，集成率高。随着信息产业的高度发展，所有的电子器件都在朝着小型化和高集成化方向发展，而作为传统计算机物质基础的半导体芯片由于晶体管和芯片受材料的限制，体积减小是有个限度的。而每个量子元件尺寸都在原子尺度，由它们构成的量子计算机，不仅运算速度快，存储量大、功耗低，体积还会大大缩小。

故障时的自我处理能力强。系统的某部分发生故障时，输入的原始数据会自动绕过，进入系统的正确部分进行正常运算，运算能力相当于1000亿个奔腾处理器，运算速度比现有的计算机快100倍。

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。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态。

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。