从图灵机到量子计算，我们走了多远？( 二 ) 近日

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量子计算自人类踏入到量子领域，我们找到了一条使用粒子状态作为计算的方法。一次量子计算由制备输入态、对于初态执行所期望的变换、测量输出态这三个步骤组成。对应于比特，我们在量子计算中称这个记载信息的基本单位为量子比特。我们可以采用电子、核子、光子等等作为量子比特的载体。我们规定一对正交的量子态分别代表经典比特的0与1 ，这对量子态构成了量子计算的基矢。因此，相比于传统计算机输入仅可以是0或1的初值不同，量子力学的叠加原理允许量子计算输入的初始态可以是叠加的。（1）量子比特所描绘的不再是单一的0或者1 ，而是一个以|0>与|1>为基失并由连续变量与描述的空间。这是由于信息载体的变化，而发生的信息载体所承载的信息量由点向面变化。这样输入的初始态就拥有着大量的信息。这样的一个输入态描绘了一部分态与一部分态的混合状态，所以它既可以进行态的相关运算，也可以参与态的相关运算。这种不同于传统计算的模式，使得量子计算的过程是并行的（这是尤为重要的），这就导致量子计算在一些特定问题上有着传统计算模式（在目前的算法下）难以匹敌的计算能力。
这种并行计算所带来的优势随着量子比特的数目增多变得尤为明显。假设我们都采用n个信息单位作为载体用以描述可能的状态。对于经典计算机而言，可以表示的状态数目将会以模式增长。对于量子计算机而言，可能的状态数目将会以的形式增长。因此，两者之间的差距在随着n的增大而快速拉大。
九章量子计算机

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九章计算机（来源：中国科学技术大学“九章”量子计算机CG宣传片美丽科学BOS ）我国在量子计算方面进行了深入的研究，并在研究的基础上构建出了113个光子为载体， 144模式量子干涉仪作为“门”（类比于经典计算机）的光量子计算机“九章” 。“九章”计算机是由中国科学技术大学潘建伟教授、陆朝阳教授、刘乃乐教授等人与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心共同研发。它选择了以光量子为载体，相较于以库珀对作为信息载体，光量子初始态的制备更加困难，但是整个运算过程中受到外界的影响较小。因此，不必采用苛刻的环境以保证运行的相对稳定。从目前来看，这种环境要求相对宽松的技术路线也许更有益于后续量子计算机的普及。目前， “九章”在处理“高斯波色取样”这个特定问题时所花费的时间远远小于现有的超级计算机（耗时少倍），在一定程度上证明了量子计算在某些特定问题上的优越性，也为后续光量子计算机的相关研究提供了一个极为重要的基础。作者丨史金阳近代物理研究所
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来源：知识就是力量杂志