量子超级个人电脑(QSPC)光算机概论。

量子超级个人电脑（QSPC）光算机概论。相关分类：电脑教程«上一页1234下一页»g950g950(组长)2007/9/11顶楼举报量子光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(散热问题)。20世纪60年代至70年代，人们发现能耗(热量)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(热量)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：所有古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古典计算机，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。在古典计算机中，基本信息单位为比特(Bits)，运算对象是各种比特序列(Bytes)。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特(quBits)，运算对象是量子比特序列(quBytes)。所不同的是，量子比特序列(quBytes)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。与古典计算机不同，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，量子计算对古典计算作了极大的扩充，在数学形式上，古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，这项工作是古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(quBits)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(quCode)方案是：量子纠错码(quECC)、量子避错码(quEAC)和量子防错码(quDMC)。量子纠错码是古典纠错码的类比，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目前古典电子计算机一样。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古典计算机无法解决的问题。想像口袋中装着超高速电脑是什么样子？「量子电脑」（QuantumComputer）有着比现在传统电脑强大许多倍的计算能力。至今理论研究已日趋完善，然而目前世界上还没有真正意义上的量子电脑，换句话说，可以实用量产的系统还未出。今年2月中旬，加拿大一家新成立的公司宣称推出全球第一台商用量子电脑，引起专家学者的质疑和议论。也不禁令人遐想，量子电脑的时代提前来临了吗？量子电脑是根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作，运用量子情报学，基于量子效应构建的一个完全以量子位（quBits）为基础的电脑。位于温哥华的D-Wave公司宣称，该公司以量子学原理所研发出的电脑将比当今世上最优质电脑的操作系统快出许多倍来。这台名为「Orion」（猎户座）的电脑，使用传统的平版印刷术，搭配核心的一块超低温、超导铌芯片，可处理16个量子位（qubits）。核心芯片必须冷却至接近绝对零度(-273.15℃)，以便其计算过程中维持量子状态。该公司表示，这台量子电脑可同时进行6万4,000个运算程序。根据量子学定律，在电路图所流动的数位位可能代表的是0也可能是1，量子电脑有办法应付处理大量且更复杂的电脑指令。该公司的执行长贺伯·马丁（HerbMartin）表示，某些不同种类的问题是无法用数位电脑解决的。数位电脑很适于跑程序，量子电脑则对于应付大量不同的可变因素很在行。D-Wave公司声称其于2月13日展示的量子电脑原型是全球第一台商用电脑，内装有可以执行16量子位（qubits）的量子芯片。该公司计划在未来的18个月内，于2007年底将速度提高到（32qubits），于2008年将速度提高到（512qubits）到（1024qubits），并开始提供商业租用。量子电脑的外型长得如何？当前它的原型和大型的电冰箱一样大，温度更低。因为它所使用的超导体电路必须冷冻保存，以便大量的运算程序能够顺利进行。量子电脑有什么用途呢？贺伯·马丁表示，人类可以使用量子电脑来设计基因药物。（每个人体细胞有3亿个「基本成对数DNA」或者是着名「DNA双螺旋结构的梯」）；企业也可以用量子电脑来管理他们的产物供需链。马丁说：「想想看，倘若某家公司有40个工厂并生产了100万不同的零件，那么需要记录的事务可就不少了。」量子电脑亦可被用于维护安全。由于911事件，许多各国政府及公司都纷纷重视生物统计学，建立了大量有关他们欲追踪对象的图片、指纹以及其他多样种类方法的资料库(DB)。恐怖分子名单上的人，即使能安全地通过海关检查。藉由量子电脑基本上能够快速地藉由先前已由安全局输入的庞大资料库中来再次校对是否对方为恐怖分子。马丁表示，该产品的推出证明量子电脑商业化这个技术的概念。D-Wave的潜在客户是商业界。商业界人士不在乎这个技术如何可行，只要能解决他们复杂的商业方式。商业用途的电脑不需要太花俏的技术细节。事实上，D-Wave的电脑是一台混血机种，使用传统数位电脑，搭配量子芯片做为加速器或者副处理器（co-processor）。后端是一台机架式电脑（rack-mountedPC）搭配处理器。主要的部分是这颗量子芯片，由铌铝超导材质制成，冷冻存贮在氦液桶中。量子电脑之所以能达到高速运算是因为他的基本资料单位为量子位（qubits），可以同时处理0和1，并快速处理所有的量子位（qubits）。目前我们使用的数位电脑计算一次只能处理一个资料位（databit）。大多数的工程师都认为量子电脑的技术还有一段遥远的路要走。实用的量子电脑至少还要10年以上的时间才会问世才对。D-Wave公司于今年2月13日发表这台量子电脑原型，是通过网络连结的方式联机发表，更加引起专家学者质疑其真实性。美国宇航局（NASA）位于加州Pasadena的JetPropulsion实验室的工程师AlanKleinsasser于3月7日公开承认他们确曾为D-Wave量身订制一颗特别的量子芯片。对于NASA的Microdevices实验室（隶属于JetPropulsion实验室）工程师来说，接受客户委托开发超导体线路芯片是一件很平常的事。他们也曾接受委托替纽约的HypresInc设计芯片，也曾替欧洲太空局（EuropeanSpaceAgency）的希瑟（Herschel）任务制造宇宙飞船设备。量子电脑是否真如D-Wave所言不久后就会在现实生活中上演了呢?大多数的知名电脑公司对此感到质疑。另有专家认为，如果真能有这样一台实用的量子系统，特别在财务系统的加解密还很脆弱的此时，这将是一项重要的技术突破。但专家同时认为，像D-Wave这样的小公司若真拥有这样的技术一定会积极发展，在他们获得技术解决方案的5～8年内，很可能被重量级的技术先驱如Intel和IBM网罗。利用量子电脑来「开创电脑新纪元」是世界上许多实验室热情追逐的梦想。D-Wave公司利用量子芯片和传统电脑结合以达到其商业化的用途，虽然离学术上的专业还有一段距离，但似乎预告量子时代提前来临的可能性。多数分析家表示，目前量子电脑的关键问题在对微观量子态的操纵困难。也许将来人类会发现一种全新的设计、全新的材料，就像半导体材料对于古典电機计算器（ENIAC）的发展一样。2008/1/9被g950g950最后编辑|查看全部g950g950(组长)2007/9/112楼举报量子资讯浅谈由於科技日新月异，处理器的尺度越做越小、速度也越来越快。可是由於资讯的发达，人们对於尺度、速度的要求也相对的越来越高，也由於如此未来的科技也是必将趋向於小尺度的发展，但在越来越小尺度的同时也将会面临的一个问题------------量子效应。今天信息科学在推动社会文明进步和提高人类生活质量方面发挥著令人惊叹的作用。但是现有信息系统的功能已接近於极限值。电子计算机在过去30年中，每个芯片上集成的晶体管数目随时间成指数增长，这个被称为摩尔定律的经验法则预示著，10多年以後计算机储存单元将是单个原子，电子在电路中的行为将不再服从经典力学规律，於是就提出量子效应究竟会对计算机运算速度产生什麼样影响的问题。因此信息科学的进一步发展必须借助於新的原理和新的方法。由於量子特性在信息领域中有著独特的功能，在提高运算速度确保信息安全，增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限，因而量子力学便首先在信息科学中得到应用，一门新的学科分支-----量子信息学也应运而生。该学科适量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的叠加原理为基础研究信息处理的一门新兴前沿科学。量子信息学包括量子密码术、量子通信、量子计算机、量子数据库、量子病毒、量子黑客、量子数据结构......等几个方面，近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。有朝一日量子电脑真的能成为事实，除了速度快以外根据科学家的推测，它的作业速度将等於现在你每天都在使用的「古典骗钱多(IntelPentiumD)、A钱多(AMD)电脑」40亿部同时使用例如：要完成一个64为数字的因子分解，即使现在的超级电脑也要花上比宇宙年龄还长的时间，然而原则上量子电脑却可以在短时间内求解这一问题，而且他还能做到许多当前电脑做不到的事。目前量子电脑已经由史前时代进入了实验时代了，人们在找寻更多适用於量子电脑的计算法则以能充分发挥量子电脑的功效。虽然我们还不知道量子电脑的研究何时才会变成工程问题，但是目前的成就已足使每个人振奋了。读过费因曼(R.P.Feynman)的故事的人都知道，他也曾应聘於某电脑公司去设计电脑。物理学家怎麼也设计起电脑来了？原来当电脑越做越小、速度越来越快量子力学效应就不能不考虑了。50年来几乎每隔两年电脑速度就加快一倍。大家可以想想身边的个人电脑、从十几年前的频果二号电脑到现在的骗钱多核心就是一个例子。但是这个趋势会继续下去吗？总有一天路会走道尽头、无论如何快讯息传递的速度不会快於光速。无论积体电路做得如何小，总不会小过原子。当这一天来临时怎麼办？这个世界将变成什麼样子？其实几十年前IBM公司的R.Landauer及C.H.Bennett就已经在考虑这个问题了。他们要问的问题是：到底电路原件最小可以做到多小？计算过程中最少要花多少能量？电脑无论如何也该遵守物理定律例如：热力学就告诉我们一个引擎的效率有一定的极限。那麼对於量子电脑，是否也有某些物理极限存在呢？80年代初期P.Benioff告诉我们原则上量子电脑是可行的。後来有英国的D.Deutsch及美国、以色列等的其他一些人也做过一些研究。不过80年代中期，这股热潮却又衰退了。主要原因是