量子計算正在改變我們世界的未來嗎?
量子計算考慮了利用量子力學現象(例如疊加)來對資訊執行運算的假設計算系統(量子計算機)。量子計算機不同於基於電晶體的二進位制數字計算機。
雖然傳統的數字計算要求將資訊編碼為二進位制數字(位元),其中每個位元都可靠地處於兩種不同的狀態之一(0 或 1),但量子計算使用量子位元,量子位元可以處於狀態的疊加中。量子圖靈機是這種計算機的理論模型,也稱為通用量子計算機。

它們是什麼?
截至 2017 年,實際量子計算機的開發仍處於早期階段,但已經進行了一些研究,其中在少數量子位元上執行了量子計算操作。
實用和理論研究都在繼續,許多國家政府和軍事機構正在資助量子計算研究,以期開發用於民用、商業、貿易、環境和國家安全目的(例如密碼分析)的量子計算機。
大規模量子計算機理論上能夠比任何使用目前已知最佳演算法的傳統計算機更快地解決某些問題,例如使用 Shor 演算法進行的數字因式分解或量子多體系統的模擬。

存在一些量子演算法(例如 Simon 演算法),其執行速度比任何可能的機率傳統演算法都快。傳統計算機原則上(使用指數級資源)可以重現量子計算,因為量子計算沒有違反邱奇-圖靈論題。另一方面,量子計算機可能能夠有效地解決傳統計算機無法實際解決的問題。
傳統計算機具有由位元組成的記憶體,其中每個位元表示為 1 或 0。量子計算機維護一系列量子位元。單個量子位元可以表示 1、0 或這兩種量子位元狀態的任何量子疊加。
幾個量子位元可以處於 4 個狀態的任何量子疊加中,三個量子位元可以處於 8 個狀態的任何疊加中。一般來說,具有 n 個量子位元的量子計算機可以同時處於多達 2^{n} 個不同狀態的疊加中。

它是如何工作的?
量子計算機透過將量子位元設定為表示當前問題的完美疊加,並透過使用一系列固定的量子邏輯閘來控制這些量子位元來工作。
要應用的門序列稱為量子演算法。計算以測量結束,將量子位元的集合分解為 2^{n} 個完美狀態之一,其中每個量子位元為零或一,分解為經典狀態。
因此,結果可以並且超過了大多數 n 個傳統位元的資料。
量子演算法通常是機率性的。也就是說,它們僅以特定機率給出正確的結果。量子計算機的量子位元的使用示例可以從使用具有兩種自旋狀態(例如“下”和“上”)的粒子開始。
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