量子計算概念范文

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第1篇

量子力學是一門高深莫測的學科，離普通人很遠，但正因為有了它，催生了現代半導體技術，從而有了大家都不離不開的電腦。現在，這門神奇的學科將再次登場，用最新的量子計算機來改變世界。

量子計算機是什么，這是個要首先說明的概念。這項概念，最早由大物理學家費曼提出。他在計算量子模型時，發現所面對的數據是天文級的，如果由普通的計算機來進行模擬，時間所耗甚巨。在一籌莫展的時候，他突然想到，如果計算機的架構也跟量子系統一樣，是不是就能解決這一問題呢。為此，他提出了量子計算機的概念。不過，量子計算機在很長的時間內只停留在理論的層面。到了1994年，貝爾實驗室的科學家證實了量子計算機在計算對數方面優于普通計算機，于是引發了研發的熱潮。那什么是量子計算機呢。以我們平常已經熟悉不過的計算機為例，它的基礎是二進制，而二進制建立在半導體器件的導通和截至兩種狀態上。而量子計算的基礎是每個原子的不同狀態，比如一個原子順時針轉和逆時針轉，這就是兩種不同的狀態；還有兩個原子糾結在一起，術語叫量子纏繞，這又是不同的狀態。根據這些不同的狀態，我們就可以賦予其不同的數值，這樣一來，通過改變原子的狀態，就能進行計算了。這種改變使得計算的效率大為提高，1個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數十年解決的問題。

量子計算機這么好，為什么難于實現呢。因為原子的狀態很不穩定，不容易控制。但是，最近的一則消息讓人眼前一亮。IBM的科學家近日宣布，距離掌握量子計算機的基礎技術又邁進了一步。這些科學家已找到了維持量子完整性和減少量子計算錯誤的方法，通過把傳統硅制作工藝下生產的量子進行超導處理，從而就有可能實現維持數千甚至數百萬的量子位保持一天的穩定狀態。該項目的負責人稱，“我們做的量子計算研究表明，它不再僅僅是個暴力計算的物理實驗。現在就可以根據該成果去制作新的計算系統，由此將把高性能計算推向一個全新高度”。量子計算的目標是實現計算機只用一個量子就可以“瞬間完成幾百萬次計算。這些科學家們，在升級到一種“三維”超導量子(3D量子)后，就能將量子位的穩定狀態延長到100微秒，而這已經是先前的2到4倍。盡管不是永恒穩定，但他們認為這樣的狀態“已經剛好達到容錯計算的最低界限，也就意味著科學家可以開始重點研究進一步延長穩定狀態方面的工作了”。現在，利用藍寶石芯片，IBM已制造了一臺3D量子設備來展示其研究成果。

在研制量子計算機的過程中，科學家們已經突破了很多障礙，現在的計算性能比2009年中期以來以提升了10倍，距離科學界確定的全尺寸量子計算機所需滿足的最低要求已經非常接近了。但是如果要讓量子計算機走進我們的生活，那還有很長的道路要走。同時，現代集成電路封裝和通信技術也必須要有極大的進步，這樣才能實現量子計算機與現代數據系統的對接。

第2篇

自1982年理查德·費曼（Richard Feynman）提出“量子計算機”的概念之后，人們對它頗為關注，眾多研究機構更是試圖借此開辟計算機時代的新紀元。但是，任憑人們千呼萬喚、前赴后繼，都沒能夠徹底揭開量子計算機的面紗。那么，量子計算機到底發展到了什么樣的階段？遇到了什么障礙？此次諾貝爾獎會對量子計算機的研發起到什么推動作用？量子計算機一旦面世，隨之而來的會是什么？

量子計算機是大勢所趨

所謂量子計算機，簡單來說就是利用量子攜帶信息、存儲數據，遵循量子算法進行高速的數學和邏輯運算的物理設備。我們熟知的傳統計算機的“心臟”依賴的是硅芯片，但是一個芯片的面積總是有限的。

硅晶體管作為在芯片上傳輸信息、處理信息的微型開關，每年都在縮小，但是，由于硅的特性和物理原理，尺寸縮小（現已達到納米級）將限制性能的提升。所以，對晶體管進行傳統的尺寸的擴展和收縮操作，不能再產生行業已經習慣的更低功耗、更低成本、更高速度的處理器的效果。雖然英特爾的22納米處理器已經面世，還計劃于2013年推出14納米處理器，對于10nm、7nm以及5nm的制程研發路線圖也已敲定，但是，只要粒子的尺度到了10的負10次方米以下，就會明顯出現量子特性，所以大部分物理學家堅持認為，摩爾定律不可能無限維持。

為了突破這道瓶頸，

IBM一直致力于研發碳納米管芯片，其研究人員在一個硅芯片上放置了1萬多個碳納米晶體管，從而能夠獲得比硅質器件更快的運行速度。IBM聲稱這一成果有望讓摩爾定律在下一個十年中繼續生效。但是，如何獲得高純度的碳、如何實現完美的制造工藝又是不可避免的問題。

因為量子計算機是利用量子攜帶信息的，所以，傳統計算機面臨的挑戰恰恰是量子計算機的優勢所在。量子計算機中的每個數據由不同粒子的量子狀態決定，根據量子力學原理，粒子的量子狀態是不同量子狀態的疊加。所以，量子計算機計算時采用的量子比特在同一時間內能夠呈現出多種狀態——既可以是1也可以是0，傳統計算機在運算中采用的傳統比特在特定時間內只能代表一個狀態——1或者0。這就是量子計算機與傳統計算機最大的不同之處。由于量子疊加狀態的不確定性，量子計算可以同時進行大量運算，它的潛在應用包括搜索由非結構化信息構成的數據庫，進行任務最優化和解決此前無法解答的數學問題。所以，量子計算機是大勢所趨。

實現方案眾多

量子計算機以其獨特的運算邏輯和強大的運算性能吸引了無數研究機構和科學家對其進行研究，也相繼取得了一些成果。量子計算機以處于量子狀態的原子作為中央處理器和內存，所以研制量子計算機，關鍵在于成功操控單個量子。相信大家一定對“薛定諤的貓”這一理論并不陌生，關在密閉籠子里的貓，由于量子狀態的不確定性，人們永遠不知道它是活著還是死亡。所以，處于宏觀世界的我們如何才能夠有效操控微觀世界的粒子，是極大的難題。從理論上講，量子計算機有幾十種體系，從實驗上也有十幾種實現方法。

阿羅什帶領他的團隊利用微米量級的高反射光學微腔實現了單個原子輻射光子的操作；瓦恩蘭的團隊則利用可結合激光冷卻技術，在離子阱中實現了單個離子的囚禁；IBM的托馬斯·沃森研究中心組建了一支龐大的研究團隊，依賴耶魯大學和加州大學圣巴巴拉分校過去幾年在量子計算領域取得的進展，意欲基于微電子制造技術實現量子計算；美國普林斯頓大學物理副教授杰森·培塔表示，他和加州大學圣巴巴拉分校的科學家利用電子的自旋特性，尋找到了操控電子的方法；利用聲波和超導材料，也可以實現量子計算機的拓展；總部位于加拿大的D-Wave公司的量子芯片使用了特殊的鈮金屬（元素符號Nb，一種類似于銀，柔軟的、可延展的金屬）材料，在低溫下呈超導態，其中的電流有順時針、逆時針以及順逆同時存在的混合狀態，而這正可以用來實現量子計算。

眾多方法中，最值得一提的便是阿羅什和瓦恩蘭的做法。阿羅什構造了一個腔，把單個光子囚禁在光腔里，實現量子的操控，再往腔里放入單個原子，使原子和光子相互作用，通過腔的損耗來調控它們的狀態。瓦恩蘭捕獲離子的方法，是用一系列電極營造出一個電場囚籠，離子如被裝進碗里的玻璃球，而后，用激光將離子冷卻，最終，最冷的一個離子安靜地待在碗底。他們獨立發明并優化了測量與操作單個粒子的實驗方法，而且單個粒子在實驗過程中還能保持量子的物理性質。

中國科學院院士郭光燦這樣評價阿羅什和瓦恩蘭的成就：量子計算這個領域已經取得了飛速發展，現在的技術已經超過當初的技術，但是起點是他們。我們現在關注的不是單個離子，而是多個離子的糾纏，比如兩個腔怎么連在一起，這是將來要做的，此外，還會有各種各樣的腔，比如光學腔、物體腔和超導腔等。現在做量子計算機，實際上就是做芯片，把很多離子糾纏在一起，分到各個區里面，如果這一步能實現，量子計算機有希望在這方面實現實質性突破。

過程艱難 但前景樂觀

自“量子計算機”的概念提出到現在的30年間，科學家們紛紛涉足，不管是在理論方面，還是實踐方面，都取得了一些不可忽視的成就。

近幾年來，量子計算機的領域更是全面開花，量子計算機不再是人們“只聞其名，不見其形”的概念型產品。英國布里斯托爾大學等機構以奧布賴恩為領導的研究人員更是在新一期美國《科學》雜志上宣布，成功研發出一種可用于量子計算的硅芯片。奧布賴恩表示，利用這種芯片技術，10年內可能就會研制出超越傳統計算機的量子計算機。

想要研制出實用的量子計算機，需要面臨科學技術方面的多重挑戰，其中最主要的兩大障礙就是：如何讓粒子長時間保持量子狀態，即保持相干性；如何讓盡量多的粒子實現共同計算，即實現量子糾纏。阿羅什和瓦恩蘭給出的實驗方法均成功地打破了這些障礙，實現了基礎性的突破。近幾年來，研究人員以他們的研究成果為出發點，不斷探索，取得了快速進展，可謂前景樂觀。

需要注意的是，量子計算機的出現會將網絡安全置于非常危險的境地，給現有的社會和經濟體系以及國防帶來潛在威脅。目前大部分的網絡保密是使用“RSA公開碼”的密碼技術。想要破譯這種密碼，就要對大數分解質因子，這是極其困難的。按照現有的理論計算，分解一個400位數的質因子，用目前最先進的巨型計算機也需要用10億年的時間，而人類的歷史才不過幾百萬年。然而，量子計算機能夠借助其強大的運算功能瞬間完成密碼破譯，這嚴重動搖了RSA公共碼的安全性。

目前，量子計算機給人們的印象不過類似于一個玩具，娛樂價值似乎更高一些，但是在不久的將來，它一定能夠引領計算機世界的潮流。

相關鏈接

量子計算機發展簡史

1982年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼（Richard Feynman）提出“量子計算機”的概念。

1985年，英國牛津大學的D. Deutsch進一步闡述了量子計算機的概念，并且證明了量子計算機比經典圖靈計算機具有更強大的功能。

1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子計算機能夠完成對數運算，而且速度遠勝傳統計算機。

2005年，世界第一臺量子計算機原型機在美國誕生，它基本符合了量子力學的全部本質特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研制成功16位量子比特的超導量子計算機。

2009年，世界第一臺通用編程量子計算機在美國國家標準技術研究院誕生。

2010年1月，美國哈佛大學和澳洲昆士蘭大學的科學家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國于利希研究中心發表公報：該中心的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機。

第3篇

AR游戲偃旗息鼓，量子通信強勢爆發。量子通信產業鏈驅動因素如下：第一，全球信息安全形勢日益嚴重，量子通信將成為國家信息安全問題的最佳解決方案之一。歐盟計劃2018年前啟動10億歐元的量子技術項目，美國也了國家量子環網計劃。第二，“十三五”規劃中已將量子通信和天地一體化信息網上升到國家戰略高度。今年下半年“京滬干線”、“杭滬干線”和“烏鎮量子通信城域網”建成，標志著量子保密城際固網建設逐步展開。未來三年京津冀、長三角、珠三角等重點城市群將啟動量子通信城域網建設，未來三年約有20個城市將建量子通信城域網。第三，機構預測，到2020年，我國量子通信市場規模將達到210億元，量子通信產業鏈潛在市場規模500-1000億元。第四，綜合新華社等媒體報道，我國首顆量子試驗通信衛星有望于7月擇機發射，我國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家，有望實現全球化的量子保密通信飛躍，迎來量子通信產業騰飛。

中小創市場科技創新投資主線，上周表現強勢的AR游戲概念股投資群體，隨著GQY視訊、恒信移動兩大龍頭股特停歸來的沖高回落，整個板塊進入了整理周期，量子通信產業鏈的崛起成為科技創新的新旗幟。主力機構依“量子通信超導材料通訊電纜”的投資路徑中線布局量子通信產業鏈，以福晶科技、光迅科技、三維通信為龍頭的量子通信概念股，以漢纜股份為龍頭的超導材料概念股，以通光線纜為龍頭的通訊電纜概念股，成為量子通信概產業鏈的領漲先鋒，初顯中線趨勢性牛股風姿。

縱觀本周中小創市場表現最牛的趨勢性牛股，其代表品種為：以和而泰為代表的“物聯網+大數據+中報高送轉”概念股，以智飛生物為代表的生物疫苗概念股，以樂金健康為代表的養老概念股，以華東數控、瑞凌股份為代表人工智能概念股，以浙江眾成、中能電氣成為代表的充電樁概念股，以潯興股份為代表的體育概念股，以摩登大道為代表”VR+電商”概念股，以羅普斯金、羅平鋅電為代表的有色金屬概念股。此外，以吳通通訊（復牌+10轉30）、和而泰為代表的中報高送轉預案概念股，以蘇州設計為代表的中報高送轉潛力股，成為中報投資主線的少有的閃光點。