91量子计算机

量子计算机主讲人：吴鹏组员：贺婕武建国程凯马克难石云祥时间：2010年11月14日点击添加标题量子计算机什么是量子计算机AB量子计算机的提出D历史发展原理简单介绍C现代发展EF未来展望什么是量子计算机？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。量子计算机的的提出•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。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：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•由此，科学家想到既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示，从而运用到量子计算机中•当今的计算机厂商提供的强大计算处理能力仍不能满足我们对运算速度和运算能力的渴求。1947年，美国计算机工程师霍华德·艾肯(HowardAiken)曾说，只要六台电子数字计算机就可以满足全美国的计算需要。其他人也做过类似的错误估计，说什么仅需多少计算能力就能满足我们不断增长的技术需求。集成电路的发展极•1990年已经制成了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。这样细的电路，被认为是集成电路的发展极，电路比这更细时，现有电子元件将失去工作的理论基础•1981年，美国物理学家理查德·费曼提出，人们能够研制出“遵循量子力学法则的微型计算机”。他认为，这样的量子计算机可能是模拟现实世界量子系统的最好方式。自那时起，各国科学家一直在马不停蹄地研制量子计算机，但结果始终不尽如人意。•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。理查德·费曼（RichardFeynman）：美国著名的物理学家。1965年诺贝尔物理奖得主。提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法，是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具•今天我们使用的计算机通过操作具有两种状态的位元（0或1）进行工作。量子计算机不只依靠两种状态。它们将信息编码为量子比特，或称昆比特（qubit）。量子比特可以是1或0，也可以是某种叠加态：即同时是1、0或二者之间的某个值。量子比特由一组原子实现，它们协同工作起到计算机内存和处理器的作用。因为量子计算机可以同时包含这几种状态，所以它可能比当今功能最强大的超级计算机还要强大数百万倍的计算机。量子计算机原理简单介绍天河一号简单介绍•测运算能力2507万亿次，是目前世界上最快的超级计算机！•出生地：天津！量子比特•量子计算机的基本元件是量子比特，根据量子力学的基本原理，一个量子比特可以同时有两种状态；两个量子比特则可以同时表示4种状态；三个量子比特可以同时表示8种状态等等。随着量子比特数目的增加，其运算能力也呈指数级增加。当然，这其中也面临着一定的困难。测量或者观测一个量子比特的行为可能会剥夺其计算潜力。于是，研究人员使用了量子纠缠来获取信息。量子纠缠•在量子纠缠中，粒子被连接在一起，测量其中一个粒子的属性便可以直接揭示另一个粒子的相关信息，不管这两个粒子相距多远。但是，如何进一步高效地扩展纠缠的量子比特数目并让其维持这种纠缠状态，正是量子信息研究领域遭遇的严峻挑战。量子平行•一个量子重叠态运行一个昆比特位同时储存0和1。两个昆比特位能同时储存所有的4个二进制数。三个昆比特位能储存8个二进制数000，001，010，011，100，101，110和111。300个昆比特位能同时储存2300个数字。这甚至多于我们这个可见宇宙中的原子数。•这表明了量子计算机的威力：只用300个光子（或者300个离子等等）就能储存比这个宇宙中的原子数还多的数字，而且对这些数字的计算可以同时进行量子计算机历史发展•1920年，奥地利人‘埃尔温.薛定谔’爱因斯坦‘德国人’海森伯格‘和’狄拉克，共同创建了一个前所未有的新学科‘量子力学’。量子力学的诞生为人类未来的第四次工业革命打下了基础。在它的基础上人们发现了一个新的技术，就是量子计算机。•量子计算机的技术概念最早由‘理乍得·费曼’提出，后经过很多年的研究这一技术已初步见成效。•在1980年代多处于理论推导等等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（PeterShor）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加密算法可以破解而构成威胁之后，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目录现代量子计算机的发展1994年两位物理学家尼尔和艾萨克已经研制出一台最为基本的量子计算机，能够进行简单的运算。使用丙胺酸，它可以完成１＋１的运算，使用液态氯仿，还能解决其他问题。物理学家们现在正努力研究出一种比较复杂的计算机，能够将15分解成３乘５。2000年日本日立公司开发成功一种量子元件——“单个电子晶体管”，可以控制单个电子的运动，具有体积小，功耗低的特点，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。美国物理学家的翰逊博士开发成功的电子自旋晶体管，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，使集成电路的集成度大大提高。过渡页•2000年3月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们宣布研制了一台包含7个量子比特，存在于一滴液体中的量子计算机。该量子计算机使用核磁共振操纵反式丁烯酸分子原子核中的粒子。反式丁烯酸是一种简单的液体，其分子由六个氢原子和四个碳原子组成。核磁共振可用来产生促使粒子排列起来的电磁脉冲。处于与磁场方向相同或相反的位置的粒子使得该量子计算机可以模仿数字计算机来按比特对信息进行编码。•2000年8月，IBM-Almaden研究中心的研究人员宣布制成了一台据称是当时最先进的量子计算机。这台量子计算机的5个量子比特由5个相互作用的氟原子核构成，使用无线电频率脉冲编程，并使用类似于医院中的核磁共振(NMR)设备（有关详细信息，请参见核磁共振成像原理）进行探测。这支由艾萨克·庄(IsaacChuang)博士领导的IBM小组成功地仅用一步解决了一个用传统机器需要循环才能解决的数学问题。这个称为寻秩的问题涉及查找一个特定函数的周期，是密码学中经常遇到的众多数学问题之一。•近年来由于社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求，促进了量子信息、量子计算理论与实验的迅速发展。目前，美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、IBM、和斯坦福大学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现7个量子比特量子算法演示。•2007年2月26日消息：加拿大一家公司宣布已经制造出了世界上首个商业量子计算机。这家公司计划于2008年开始出售这款计算机的商业版本，但是没有透露细节。许多物理学家们对此表示十分怀疑。我国量子计算机走在世界前沿•中国科技大学研制成功世界上第一台量子计算机。2007年初，中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在《Nature·Physical》上发表论文，成功制备了国际上纠缠光子数最多的薛定谔猫态和单向量子计算机，刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录，成果被欧洲物理学会和《Nature》杂志等广泛报道。特别引人注目的是，英国《新科学家》杂志在中国崛起的专栏中，把中国科大在量子计算领域取得的一系列成就作为中国科技崛起的重要代表性成果，进行了专门介绍。潘建伟，男，1970年生，浙江省东阳市人。现为中国科学技术大学教授、博导。在短短几年里，中国科大的一个人数不多的研究小组竟然能够在世界顶级学术刊物发表36篇论文，对于高水平论文非常稀缺的中国科学界来说，是极为罕见的。在当今中国，发表一两篇高质量、原创性的论文可能并不稀奇，但在竞争激烈的世界科学的前沿牢牢地占据一个立足点乃至制高点，是弥足珍贵的。而这个小组的领军人物潘建伟教授今年才36岁。用途量子计算机可以进行大数的因式分解，量子系统的模拟,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。未来展望•量子计算机和量子信息技术在科技界的领先地位却是不可动摇的。未来处理能力超强的量子计算机将能够在数秒钟内完成目前速度最快的超级计算机数年才能完成的计算任务。量子计算虽然起源于理论物理这个高度特殊的领域，但是它的未来无疑有着深远的意义，它必将对全人类的生活产生深刻的影响。