量子力学的新应用--量子计算机

量子力学的新应用

——量子计算机

口汪珊珊

（武警成都指挥学院四川・成都６１０２１３）

摘要：首先分析了量子力学对计算机技术发展的影响，再详细说明了将量子力学应用在计算机技术中可使量

子计算机具有优越的性质，最后介绍了未来量子计算机发展的趋势。

关键词：量子力学量子计算机

中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７．３９７３（２０１０）０２－１０６．０１

ｌ量子力学对计算机技术发展的影响 态之间的神奇的关联效应，使得量子计算机可以利用纠缠机

自１６４６年第一台电子计算机问世以来，其芯片发展速度日 制，实现量子平行算法，从而可以大大减少操作次数。

益加快。按照芯片的摩尔定律，其集成度在不久的将来有望达 ３量子计算机发展现状和未来趋势

到原子分子量级。在享受计算机飞速发展带来的种种便利的同 ３．１量子计算机实现的技术障碍

时，我们也不得不面临一个瓶颈问题，即根据量子力学理论，在 到目前为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机，它 芯片发展到微观集成的时候，量子效应会影响甚至完全破坏芯 的实现还有许多技术上的问题。

片功能。因此，量子力学对汁算机技术发展具有决定性作用。 量子计算机的优越性主要体现在量子迭加态的关联效应． １．１量子力学简介 然而，环境对迭加态的影响以及迭加态之间的相互作用会使这

量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一．在量子力学 种关联效应减弱甚至丧失，即量子力学去相干效应．因此应尽 的世界里，一个量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的，而 量减少环境对量子态的作用。同时，万一由于相干效应引入了 非由粒子的位置和动量描述，这就是它与经典力学最根本的区别。 错误信息，必需能及时改正，这需要进一步的研究和实验。 １．２量子力学与量子计算机 另一方面，量子态不能复制，使得不能把经典计算机中很

量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是 完善的纠错方法直接移植到量子计算机中来．由于量子汁算机 不能同时确定的（缸－印ｇ∥知）。当计算机芯片的密度很大时 在计算过程中不能对量子态测量，因为这种测量会改变量子态， （即Ａｘ很小）将导致印很大，电子不再被束缚，产生量子干涉效 而且这种改变是不可恢复的，因此在纠错方面存在很多问题。 应，而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力 ３．２量子计算机的现状

学对计算机发展的限制，计算机的发展方向必然和量子力学相结 由于上述两种原因，现在还无法确定未来的量子计算机 合，这样不仅可以越过量子力学的障碍，而且可以开辟新的方向。 究竟是什么样的．目前科学家门提出了几种方案．

量子计算机就是以量子力学原理直接进行计算的计算机． 第一种方案是核磁共振计算机．其原理是用自旋向上或向 保罗・贝尼奥夫在１９８１年第一次提出了制造量子计算机的 下表示量子位的０和ｌ两种状态，重点在于实现自旋状态的控

制非操作，优点在于尽可能保证了量子态和环境的较好隔离。 理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的，这意

味着存储符号可以是０、Ｉ以及它们的叠加。 第二种方案是离子阱计算机其原理是将一系列自旋为Ｉ尼的 ２量子计算机的优点 冷离子被禁锢在线性量子势阱里，组成一个相对稳定的绝热系统，

重点在于由激光来实现自旋翻转的控制非操作其优点在于极度减 近年来的种种试验表明，量子计算机的计算和分析能力

都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存 弱了去相干效应，而且很容易在任意离子之间实现ｎ位量子门。

第三种方案是硅基半导体量子汁算机．其原理是在高纯 储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知，以下两

个个特性是令量子计算机优越性的根源所在。 度硅中掺杂自旋为１／２的离子实现存储信息的量子位，重点在 ２．Ｉ存储量大、速度高 于用绝缘物质实现量子态的隔绝，其优点在于可以利用现代

高效的半导体技术。 经典计算机由０或１的二进制数据位存储数据，而量子

计算机可以用自旋或者二能级态构造量子汁算机中的数据位， 此外还有线性光学方案，腔量子动力学方案等．

即量子位。不同于经典计算机的在０与ｌ之间必取其一，量 ３．３量子计算机的未来

随着现代科学技术的发展，量子计算机也会逐渐走向现 子位可以是０或者ｌ，也可以是０和ｌ的迭加态ｏ【Ｉｏ）＋ｐ１

１）。 实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的 因此，量子计算机的ｎ个量子位可以同时存储２ｎ个数据， 发展紧密相关，更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和 远高于经典计算机的单个存储能力：另一方面量子汁算机可 通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是２ｌ世纪科学

技术的最重要的目标之一。 以同时进行多个读取和计算，远优于经典计箅机的单次计算

能力。量子计算机的存储读取特性使其具有存储量大、读取

参考文献： 计算速度高的优点。

【ｌ】胡连荣．速度惊人的量子计算机【Ｊ】．知识就是力量 ２．２可以实现量子平行态

由量子力学原理可知，如果体系的波函数不能是构成该体 ｆ２】付刚．“量子计算机”解密ＩＮ］．中安在线一安徽日报

【３】谭华海．量子计算机研究的最新进展Ｕ】．教育部科技发展中 系的粒子的波函数的乘积，则该体系的状态就处在一个纠缠态。

心内刊． 即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。而量子纠缠态之

间的关联效应不受任何局域性假设限制，这使两个处在纠缠 【４】朱迅．量子计算机ｆＪ】．三思科学．

【５】张同民．量子计算机原理简介【Ｊ】．黑龙江科技信患． 态的粒子而言。不管它们离开有多么遥远，对其中一个粒子进

行作用，必然会同时影响到另外一个粒子．正是由于量子纠缠

——斟ｍ论坛－２０１０年第２期（下）——

万方数据

量子力学的新应用——量子计算机

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英文刊名： 汪珊珊 武警成都指挥学院,四川·\u25104X都,610213 科协论坛(下半月) SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM

2010，""(2)

0次 年，卷(期)： 被引用次数：

参考文献(5条)

1.胡连荣.速度惊人的量子计算机[J].知识就是力量

2.付刚."量子计算机"解密[N].中安在线.安徽日报

3.谭华海.量子计算机研究的最新进展[J].教育部科技发展中心内刊.

4.朱迅.量子计算机[J].三思科学.

5.张同民.量子计算机原理简介[J].黑龙江科技信息.

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