期刊信息
曾用名:量子电子学
主办:中国光学学会基础光学专业委员会;中国科学院合肥物质科学家研究院
主管:中国科学院
ISSN:1007-5461
CN:34-1163/TN
语言:中文
周期:双月
影响因子:0.365217
数据库收录:
文摘杂志;北大核心期刊(2000版);北大核心期刊(2004版);北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);北大核心期刊(2017版);化学文摘(网络版);中国科学引文数据库(2011-2012);中国科学引文数据库(2013-2014);中国科学引文数据库(2015-2016);中国科学引文数据库(2017-2018);中国科学引文数据库(2019-2020);日本科学技术振兴机构数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:无线电电子学;物理学
期刊热词:
学术活动_第十三届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集
量子时代势不可挡,量子计算机将改变高能物理(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】我个人偏爱玻姆-德布罗意的解释,这主要是因为它与我的一些先入之见相符,而不是因为它比其他的更可信,而且我完全不喜欢MWI,因为它对概率的不可
我个人偏爱玻姆-德布罗意的解释,这主要是因为它与我的一些先入之见相符,而不是因为它比其他的更可信,而且我完全不喜欢MWI,因为它对概率的不可靠定义。而且,我倾向于认为量子力学更多的是一种信息理论,而不是物理系统本身。
挖掘现实的基础
所有这些看起来都很吸引人,但问题仍然存在,这些奇怪的特性有什么用处吗?事实上,有无数的应用。最引人注目的一个可能是隧道:即在某些情况下,粒子可以通过在经典实相中无法逾越的势垒(想象一下用头撞墙)。大多数消费电子产品以二极管和晶体管的形式基于这种效应。然而,看起来我们仍然只是触及了可能性的表面。
如果科学技术的历史告诉我们什么的话,那就是当我们玩弄它们的时候,我们就能学到我们发现的东西。一个令人生畏的例子是热力学,它最初的提法可以追溯到18世纪晚期,但是当人们在20世纪早期还在争论原子的存在时,工程师们就已经开发并改进了蒸汽机和其他精巧的装置。不考虑热力学定律的解释,人类能够利用它创造出永远改变社会面貌的机器
麻省理工学院的物理学家赛斯·劳埃德曾经说过,事实上,宇宙正在计算某些东西。不是说它被设计成一台电脑,而是说它的行为就像一台电脑。让我举个例子:2 + 4 = 6。如果我现在问你,我知道x+y=6,那么x和y的值是多少?没有明确的答案,(1,5),(2,4),(3,3)都是可能的。这意味着加法运算减少了宇宙中信息的数量。类似地,一旦执行了测量,叠加的所有可能状态中只有一个会永远丢失。因此,在量子系统上进行测量减少了信息。
你可能已经知道我想说什么,我们可以用量子态来进行计算。这就是量子计算的本质。事实上,量子计算用量子等价物“qbit”取代了人们熟悉的信息单位(bit)。根据定义,qbit是0和1的叠加。两个量子比特可以通过量子门纠缠和操纵。它的美妙之处在于,量子系统能够做经典系统不可能做的事情,允许我们设计出特定于量子领域的算法。在我们继续之前,让我们先弄清楚一点,可以有基于量子现象的计算设备如退火,或者是基于量子门对量子比特的操纵。后者通常被称为通用量子计算机或量子图灵机。
- 量子计算机可以解决难题,比如大数的因式分解。
在量子计算中,一些基本的门构成了更复杂算法的基础。这些都是:
X门,翻转qbit:
阿达玛门,在两个量子位元之间产生纠缠:
相位门,旋转波函数的相位:
控制非(CNOT)门:
在某些情况下,涉及超过2个量子比特的算法可以被分解成更简单的二进制运算,也就是上面列出的二进制运算的组合(张量网络)。
量子计算机
我们为什么需要量子计算机?因为它们可以解决难题(但不一定是NP难题,NP问题,我专门写过文章介绍)。
研究主要有两种途径,一种是研究算法的发展,另一种是研究能够运行这些算法的硬件的构建。这两个领域的发展都非常迅速,创新和一些突破以指数级的速度发生。
首先,我们来谈谈硬件。有两类设备,一类是基于量子等效退火,另一类是利用其他现象来处理量子比特的状态。
量子退火比较容易理解。一组原子可以设定在某一状态,然后让它向能量最小的方向演化。想象一个有山谷和山峰,我们的目标是找到最深的山谷。量子系统的独特之处在于隧穿,也就是说,系统可以在不需要克服能量障碍的情况下降到最低。这种方法对普遍存在的优化问题特别有效。问题在于,只有能用伊辛模型的哈密顿函数来表述的问题,目前才能在这类机器上解决。事实上,这个过程被重复了很多次,所有已经找到的极小值的最小值被作为真实全局最小值的最佳猜测,但如果一开始就有,就不能保证总能找到。有些人觉得这有点作弊,因为这样的机器不是通用的量子计算机,不允许实现量子算法。
另一大类量子计算机是基于噪声中等规模量子(NISQ)技术的。这些机器仍然不是“完全量子的”,但已经为用户提供了几十个量子比特。不幸的是,由于热激励产生的噪声限制了可执行的电路数量。有一件事是肯定的,一台100量子位元的电脑不会在一夜之间改变世界。至于量子比特本身,它们以不同的方式实现。
文章来源:《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0209/439.html
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