量子计算机如何工作

昆腾计算机公司正以其巨大的步伐进入IT领域并推动技术的发展。量子计算机的概念基于物理学的量子理论。

预计量子计算机将增加计算能力，这意味着用普通计算机系统解决问题时，只需几秒钟即可解决至少需要一年的计算。这就是量子计算的力量。在一些大型品牌(例如Google)中，量子计算机已经成功开发并进行了实验。尽管它是一个功能非常强大的计算机系统，但其结构和使用方法却过于复杂。因此，非技术人员将无法操作和理解它。目前，仅研究人员和科学家在使用它。尽管如此，这项工作仍在进行中，以便为即将到来的时代构建一个非常有趣且功能强大的计算机系统。这项研究是在这样的计算机上进行的，因为它是一个非常优化，复杂且是迄今为止最快的计算机系统之一。挑战仍在继续，可能成为未来的障碍，因此，在使Quantum计算机达到其最佳版本方面，还有更多工作要做。

在这里，我们将讨论Quantum计算机系统的工作过程及其基本概念，应该理解这些基本概念以了解Quantum计算机的工作原理。

量子计算机简介

在了解一台昆腾计算机的工作原理之前，应该先简要介绍一下昆腾系统。量子计算机是用于计算普通计算机系统无法处理或可能需要一百年才能解决的复杂问题的计算机系统或设备。量子计算机遵循物理学的量子理论。量子物理学理论从根本上描述了自然。这种特性使昆腾计算机能够工作并处理复杂的问题。到目前为止，我们已经了解并了解了一台计算机，它可以理解两个二进制位(0和1)形式的数据。对于量子计算机，情况相同，但是量子计算机以Qubit(0或1)的形式接受输入。这意味着仅将一个值作为输入。结果，在经典计算机系统中，位是最小的单位，而在量子计算机中，Qubits是数据处理的最小单位。这种差异使Quantum计算机的性质和行为更加复杂。

量子计算机的概念

量子计算机依赖于量子计算的概念，该概念进一步基于量子信息科学。基本上，在讨论“量子计算机”的“量子计算机概念”时，应牢记以下基本原则。

因此，关于Quantum Computer，存在以下基本现象：

1)Qubits：也称为量子位。如上所述，这些量子位是量子计算机中的存储单元和数据表示单元。在传统计算机中，它使用位以0和1的形式存储和表示数据。在Quantum计算机中，数据以0或1的形式表示或同时以两种形式表示。同样，量子位与位不同，因为量子位可以保持中间状态直到不被读出。除非进行测量，否则量子位的可能性为0且为1。这些量子位用于表示原子，离子，光子或电子及其相关的控制设备，这些控制设备进行处理并共同充当计算机处理器或计算机内存。

2)叠加：用户提供的数据在Quantum计算机中以Quantum位的形式编码，这些Qubit位继承了并行性。由于具有这种并行性，Quantum系统只需一次尝试就可以计算数百万个计算。

叠加的概念是同时定位量子位。这意味着量子位(0和1)是硬币的两侧，并且在旋转硬币时，将定位两个结果中的任意一个。它可以是0或1。Qubit的默认状态为0，这意味着它从0开始并随测量而变化。

3)纠缠：在量子物理学中，有一个纠缠的概念，没有这个概念，量子位和叠加都不够强大。量子计算机的真正魔力仅始于纠缠。 “纠缠”一词表示距离对于量子位无关紧要。这意味着量子位之间的联系非常牢固，以至于这些量子位即使彼此之间相距很远，也会相互影响。量子物理学的这一方面被阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)称为“远处的怪异动作”。这些量子位相互依赖。

根据Entanglement的说法，当增加Qubit的数量时，这些相关的数量以指数方式增长。例如，n个数量的Qubit有2n个相关性。量子计算机可以解决高度复杂的问题，而这对于经典计算机而言只是希望。

因此，量子物理学的这三个方面构成了量子计算机的力量。其中三个完成了量子计算机的工作。

量子计算机的工作

数据表示单位是Quantum系统的Qubits。该系统通过在测量对象之前确定对象状态的概率来执行计算。这些量子位是重叠的和纠缠的。为了制作功能量子位，这些系统应冷却至接近零的绝对值。万一量子比特过冷，并且它们长时间不保持其相干性(纠缠态)。这就是创建额外棘手程序的原因。因此，为了对Quantum系统进行编程，以顺序的方式使用了不同种类的逻辑门。然而，这些程序需要执行得太快，以至于量子位的相干状态一直保持到测量为止。 Qubit的状态可以由x，y和z三轴表示，其中状态是沿这三个轴的值的组合，即“叠加”。

因此，当量子位处于叠加状态时，事件发生1或0的概率会发生变化。一旦在任何状态下读取了Qubit，它就会丢失有关其他状态的信息。例如，如果Qubit的状态读为0，则它将丢失所有与状态1有关的信息。已经知道qubit的起始状态为0。稍后，使用Hadamard门(一种逻辑门)，因此将其移至中间状态，由于Qubit状态的值在一半时间内被读取为0，然后在另一半时间内被读取为1。其他逻辑门用于在三个方向上以不同的方向沿不同方向翻转Qubits状态。在三个轴上，两个轴分别为0和1，第三个轴代表相位，并且还提供一些额外的可能性来表示信息。您可以在下图中看到以了解Qubit状态的工作原理。

但是，如果没有纠缠，则量子位和叠加的功能是不完整的，因为此概念可带来多个巨大的潜在收益：

• 距离不会对执行操作造成任何障碍。
• 有可能执行一个庞大而高度复杂的程序，而不是针对所有类型的问题，而不是全部。
• 创建复杂分子和材料的模型，这些模型不可能使用经典计算机系统来模拟或很难模拟。
• 在即将到来的时代，当量子系统将变得强大到足以大规模维持量子状态时，在远距离上创新安全通信。

在进行编程的情况下，具有纠缠态的量子计算机从c-NOT逻辑门开始，该逻辑门通常经过编程，如果其伙伴值被读出为1，则用于翻转纠缠粒子的状态，但仅在测量时才执行。

量子计算机的类型

量子计算机有以下几种类型，而这些类型是由IBM实现的：

量子退火器

与其他两种昆腾计算机相比，这种类型的计算机具有最低的功耗。但是，它是要构建的最简单的类型，它只能执行一个特定函数。该系统是由D-Wave 9(加拿大公司)开发的，但不能确定它是否具有任何真实的量子性。 2015年12月，Google在对D-Wave量子系统进行测试后也表示赞赏，并说D-Wave系统在测试时解决问题的速度比超级计算机快3600倍。但是，量子退火炉的优势尚未与传统计算机相提并论。

模拟量子

它比Annealer系统功能强大，后者可以模拟可以与任何常规系统相互作用的复杂量子相互作用。还期望模拟量子系统将能够容纳50到100 Qubit。

宇宙量子

它是三者中最强大的量子计算机类型。因为它是最强大的手段，所以最难构建。建立一个足够强大的系统的工作正在进行中。因此，它需要解决某些困难的挑战。按照目前的情况，通用量子计算机将能够容纳100、000个物理Qubit。通用量子比普通的经典计算机快得多。但是，它需要面对并面临各种挑战。该系统使用量子力学来处理大量数据，并以最强大的方式对其进行计算。

因此，Quantum计算机的前景太光明，肯定会大规模增长市场。它将能够与AI，密码学，机器人技术，制药以及国防领域进行协调和合作。量子计算机的市场规模可达到万亿美元，但预计通用量子将在市场上推出。但是，昆腾计算机领域正在开展工作和取得进展，并且有望在未来五年内引领整个世界。