在這篇文章中，小編將為大家?guī)?a href="/tags/量子計算機" target="_blank">量子計算機的相關(guān)報道。如果你對本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、量子計算機為什么快

那么為什么量子計算機能算的這么快呢?這是由它的工作原理決定的。不過在介紹量子計算機的工作原理之前，有必要先簡單了解下傳統(tǒng)計算機是如何工作的，只有這樣才能直觀知道量子計算機到底提升在什么地方。

傳統(tǒng)計算機的最小組成單位是晶體管，它本質(zhì)就是一個開關(guān)，所以計算機最本質(zhì)的工作原理就是利用晶體管的開和關(guān)，去表示0和1。這也是計算機里表示數(shù)的最小單位：比特，也叫做1位。有了0和1，我們就可以用二進(jìn)制表示所有的數(shù)了，比如前面的3就是011，5就是101。我們還可以用很多個晶體管組成各種電路來完成特定的運算，比如加減乘除。然后這些簡單的電路可以再組合成更加復(fù)雜的電路，最終形成一個完整的計算機芯片。

現(xiàn)代計算機芯片里包含了成百上千億個晶體管，比如蘋果的M1 Ultra里就有1140億個晶體管。也有統(tǒng)計數(shù)據(jù)說，到2025年，世界上所有芯片里晶體管的數(shù)量總和，會超過世界上所有人身體里的細(xì)胞數(shù)量總和。毫不夸張的說，現(xiàn)代文明就是建立在這一個個小小的晶體管上的。

但是盡管有這么多晶體管，它們卻有一個根本的問題，那就是每個晶體管在同一個時刻只有一個值。因為晶體管的狀態(tài)要么是開要么是關(guān)，所以只能表示0或者1。也就是說，做一次計算，只能得到一個固定的結(jié)果。

所以如果要進(jìn)行大量計算的時候，只有兩種辦法，一個是加快每次計算的速度，比如提高CPU的計算頻率，另外一個就是多個計算同時進(jìn)行，比如采用更多的CPU內(nèi)核、或者買更多的計算機并行運行。但是對于前面說的特別復(fù)雜的問題，要算15萬年才能解決的問題，買成千上萬臺服務(wù)器可能都解決不了。這個時候，量子計算機的優(yōu)勢就展現(xiàn)出來了。

二、如何構(gòu)建容錯量子計算機

科學(xué)家通常希望通過將量子信息傳播到許多冗余的量子位來補償這些高錯誤率。這將有助于量子計算機檢測和糾正錯誤，從而使研究人員迄今為止開發(fā)的一千個左右的“物理量子比特”組成一個有用的“邏輯量子比特”。重要的是，“邏輯量子位”是抽象的，它不是由單個被捕獲的原子或光子或任何量子計算介質(zhì)組成，而是一個能夠執(zhí)行實際計算并跨越多個物理量子位的實體。

量子不可克隆定理表明，對任意一個未知的量子態(tài)進(jìn)行完全相同的復(fù)制過程不可實現(xiàn)，需要通過將邏輯量子信息分配到多個物理系統(tǒng)的糾纏態(tài)來實現(xiàn)冗余。這就需要一套通用的門，對所有算法進(jìn)行編程。

量子門是構(gòu)建量子計算機的基本單元，實現(xiàn)高保真度的量子門操作是容錯量子計算的必要條件。因此，研究人員在邏輯量子位中準(zhǔn)備了一個特殊的狀態(tài)，并通過糾纏門操作將其傳送到另一個量子位來演示T門。

在編碼過的邏輯量子位中，存儲的量子信息被保護(hù)著，不會出錯。但如果不進(jìn)行計算操作，這樣的量子位就是無用的。因此，研究人員在邏輯量子位上進(jìn)行了操作，使基礎(chǔ)物理操作引起的錯誤可以被檢測和糾正，并在編碼的邏輯量子位上實現(xiàn)了通用門集的第一個容錯演示。

可以說，在容錯量子位中，實現(xiàn)基于兩個量子位(一個 CNOT門，即量子受控非門)和一個邏輯T門的計算操作難以進(jìn)行。但該研究在離子阱量子計算機上實現(xiàn)了通用量子門集，這對于容錯量子計算機的發(fā)展具有重大意義。

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