量子计算机

可实现量子计算的机器
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量子计算机（英语：Quantum computer）是根据量子力学的工作原理而设计的计算机，是一种通过量子力学规律以实现逻辑和数学运算、处理和储存信息的复杂系统。[5][3][4]量子计算机与传统计算机不同，用来存储数据的对象是量子比特，用量子算法来操作数据。[6][7]主要具有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等特点。[3][4]
量子计算机的概念由美国的费曼（Feynman）于1982年首次提出。[3][4]1985年，英国牛津大学的Deutsch建立了量子图灵机的模型。1995年．人们发现采用单量子比特的任意旋转和双量子比特的受控非门就可以搭建任意的量子电路，即量子计算机标准模型。之后，科学家们为了在真实的物理体系中实现量子计算的功能，进而提出了拓扑量子计算、单向量子计算、绝热量子计算等量子计算方案。[8][3][4]
量子计算机在理论上具有超快的并行计算能力，与相比经典计算机有望实现指数级别的加速，在将来也有希望通过特定算法来解决重大社会和经济价值等方面的问题（如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等）。[9]因此，高效的运算能力使得量子计算机具有广阔的应用前景，各国政府和各大公司纷纷制定了针对量子计算的一系列的研究开发计划并推进。如美国的高级研究计划局先后于2002年和2004年制定的名为“量子信息科学和技术发展规划”的研究计划。2020年12月4日，中国科学技术大学宣布潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。[3][8][10]

历史沿革

自从1946年第一台电子计算机诞生以来，电子计算机已成为科学技术发展的强有力工具。但经典计算机发展面对现实需求，受限于诸多因素，比如因运算量要求，芯片集成度布间隔就要达到分子或原子的数量级，而此时量子效应将会影响，甚至完全破坏芯片的功能。1982年贝里奥夫（Benioff）和费恩曼（Feymman）先后提出利用量子理论的原理构造量子计算机的设想，1985 年丹尼兹（D.Deutsch）给出了量子计算机的理论模型。[11]之后1994年“肖尔量子算法”的提出引起国际的研究热潮，进入21世纪，各国的量子计算机研究成果频出。[12][13][14][15]