生物计算机:生物计算机也称仿生计算机,主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片来替代半导体硅片,利用有机化合物存储数据。信息以波的形式传播,当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链中
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什么是量子比特计算机…量子计算机基本原理是什么,又长什么样

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  • 一、什么是生物计算机和量子计算机

    生物计算机:生物计算机也称仿生计算机,主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片来替代半导体硅片,利用有机化合物存储数据。
    信息以波的形式传播,当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链中单键、双键结构顺序的变化。
    运算速度要比当今最新一代计算机快10万倍,它具有很强的抗电磁干扰能力,并能彻底消除电路间的干扰。
    能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一,且具有巨大的存储能力。
    生物计算机具有生物体的一些特点,如能发挥生物本身的调节机能,自动修复芯片上发生的故障,还能模仿人脑的机制等。
    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。

    什么是生物计算机和量子计算机


    二、量子计算机基本原理是什么,又长什么样

    这东西现在还是傻大黑粗的原始形态,你估计也不想看见。
    现在比最早的计算机艾尼亚克快10-100倍,根本没法用。
    艾尼亚克是个三十吨的大家伙。
    它的原理倒是比较简单,就是用光子代替了电子传输信息,用电子只有两种状态,高电平代表1,低电平代表0.用光子就好很多了,一个光子可以传递几个甚至几十个状态。
    计算速度就从2^n变成了10^n或者100^n,同样的传输单位传达的信息和计算的信息增大多少应该很明显吧。
    这种计算机的原理和算法已经研究很多年了,都是虚拟研究,现在才有了象点样的实物,应该会发展很快的。

    量子计算机基本原理是什么,又长什么样


    三、量子比特与经典比特有什么区别

    通俗模式: 前面的回答已经很精彩了,我再稍微补充一点,因为关于量子纠缠的比喻有很多。
    中科大量子信息实验室的老大郭光灿院士曾经打过一个比方比喻量子通信,说在美国的女儿生下孩子那一瞬间,远在中国的母亲就变成了姥姥

    量子比特与经典比特有什么区别


    四、量子比特的介绍

    量子比特还没有一个明确的定义,不同的研究者采用不同的表达方式。
    参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。

    量子比特的介绍


    五、量子比特的基本特征

    从物理上来说量子比特就是量子态,因此,量子比特具有量子态的属性。
    由于量子态的独特量子属性,量子比特具有许多不同于经典比特的特征,这是量子信息科学的基本特征之一 。

    量子比特的基本特征


    六、什么叫量子计算机?

    量子计算机,顾名思义,就是实现量子计算的机器。
    要说清楚量子计算,首先看经典计算。
    经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器,其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。

    什么叫量子计算机?


    七、量子计算机的工作原理

    普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。
    但量子计算机要远远更为强大。
    它们可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。
    假想一个放置在磁场中的原子,它像陀螺一样旋转,于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。
    常识告诉我们:原子的旋转可能向上也可能向下,但不可能同时都进行。
    但在量子的奇异世界中,原子被描述为两种状态的总和,一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。
    在量子的奇妙世界中,每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。
    想象一串原子排列在一个磁场中,以相同的方式旋转。
    如果一束激光照射在这串原子上方,激光束会跃下这组原子,迅速翻转一些原子的旋转轴。
    通过测量进入的和离开的激光束的差异,我们已经完成了一次复杂的量子“计算”,涉及了许多自旋的快速移动。
    从数学抽象上看,量子计算机执行以集合为基本运算单元的计算,普通计算机执行以元素为基本运算单元的计算(如果集合中只有一个元素,量子计算与经典计算没有区别)。
    以函数y=f(x),x∈A为例。
    量子计算的输入参数是定义域A,一步到位得到输出值域B,即B=f(A);
    经典计算的输入参数是x,得到输出值y,要多次计算才能得到值域B,即y=f(x),x∈A,y∈B。
    量子计算机有一个待解决的问题,即输出值域B只能随机取出一个有效值y。
    虽然通过将不希望的输出导向空集的方法,已使输出集B中的元素远少于输入集A中的元素,但当需要取出全部有效值时仍需要多次计算。

    量子计算机的工作原理


    八、量子比特与经典比特有什么区别

    量子比特与经典比特有什么区别


    九、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。
    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。
    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。
    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。
    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。
    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最有效的方法。
    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,是目前研究的最多的一类编码,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操纵确实太困难了。
    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、量子点操纵、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,最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机无法解决的问题。

    什么是量子计算机?


    参考文档

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