量子計算QuantumComputingCalvinTang

179209347@量子計算的發展階段量子優勢量子計算模型和技術探索最新進展理論奠基1980年代末1980年代末，Feynman在1982年的一次演講中首次提出了用量子系統模擬物理系統的想法。Deutsch在1985年發表的一篇論文中提出了量子計算機的概念。1990年代中期到2000年代1998年，IBM成功實現了用核磁共振技術構建的量子計算機的實驗驗證。在2001年，IBM和其他研究機構開始在實驗室中建立更復雜的量子比特系統。理論發展1990年代初在1994年，PeterShor提出了著名的Shor算法，該算法展示了量子計算在因數分解等問題上的巨大優勢。同時，LovGrover提出了Grover搜索算法，展示了量子計算在搜索問題上的優勢。2010年代在這一時期，大型科技公司如IBM、Google、微軟和IBM等開始投入大量資源開發量子計算技術。2019年，Google聲稱實現了所謂的“量子優勢”，即量子計算機在某些任務上超越了傳統計算機。2020年代隨著量子計算技術的不斷進步，越來越多的研究機構和公司開始投入量子計算的研究和開發。量子計算在諸如材料科學、密碼學、優化問題等領域展示出巨大的潛力。量子計算的發展歷程，可分為5個階段：量子信息技術：量子計算，量子通信量子力學信息科學量子信息技術是量子力學與信息科學交叉學科。它利用量子力學中的量子疊加態和量子糾纏等特性，能夠實現超越傳統計算機和通信系統的功能和性能。量子計算主要包括量子計算機、量子算法和量子機器學習三個技術領域。利用量子疊加態和量子糾纏等特性進行并行計算，從而在某些特定問題上具有指數級的計算能力優勢。量子信息技術量子信息技術量子計算量子信息技術的兩個主要領域：量子通信量子通信利用量子糾纏特性實現安全的通信和密鑰分發。量子通信可以提供絕對安全的通信方式，通過量子態傳輸信息可以檢測到任何對信息的竊聽和干擾。量子計算簡史–量子力學主要人物1900Start物體通過分立的跳躍非連續地改變它們的能量，能量值只能取某個最小能量元的整數倍。能量量子化普朗克（1858—1947年）

量子計算簡史–量子力學主要人物1905金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應，發射出來的電子叫做光電子。光電效應

愛因斯坦（1879—1955年）量子計算簡史–量子力學主要人物1913提出了量子不連續性，成功地解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質。提出了原子結構的玻爾模型。玻爾模型玻爾（1885—1962年）量子計算簡史–量子力學主要人物1923實物粒子也有波粒二象性，認為與運動粒子相應的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。德布羅意波(物質波)德布羅意（1892—1987年）

量子計算簡史–量子力學主要人物1925實物粒子也有波粒二象性，認為與運動粒子相應的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。薛定諤方程薛定諤（1887—1961年）

量子計算簡史–量子力學主要人物1927量子力學中的基本方程之一。它描述了算符隨時間的演化規律，為我們理解微觀世界的動態過程，提供了重要的工具。海森堡方程海森堡（1901—1976年）

量子計算簡史–量子力學主要人物1928研究氫原子能級分布時，考慮有自旋角動量的電子作高速運動時的相對論性效應，給出了氫原子能級的精細結構。狄拉克方程狄拉克（1902—1984年）

量子計算簡史–量子力學主要人物1949Start費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法，這是研究量子電動力學和粒子物理學不可缺少的工具。費曼圖和費曼規則理查德·費曼（1918—1988年）Theworldisstrange.Thewholeuniverseisverystrange,butyouseewhenyoulookatthedetailsthattherulesofthegameareverysimple–themechanicalrulesbywhichyoucanfigureoutexactlywhatisgoingtohappenwhenthesituationissimple.

Butitisnotcomplicated.Itisjustalotofit.

看似復雜的世界是由眾多的簡單規則構建而成。量子系統的兩個特性

量子疊加量子糾纏

量子糾纏(entanglement)：量子世界中不同粒子之間有無法用經典規律理解的整體關聯性，不能分開來描述個別粒子，一旦改變某個粒子，會影響到其他粒子。>>量子行為的兩個特性，也就是疊加和糾纏，使量子計算機有能力解決目前的常規或傳統機器無能為力的問題。

退相干相干：相干性是波的屬性，相干性可以是一個波或者一組波的物理量之間的任何相關關系。相干波具有相同的頻率并且具有恒定的相位差（PhaseDifference）。退相干：退相干是由于環境噪聲而導致的信息丟失。相干的量子比特位于布洛赫球上，長度為1，而退相干的量子比特位于布洛赫球內，長度小于1。量子計算機量子計算機的計算過程量子處理單元（QPU）經典計算機（CPU）數據輸入數據輸出量子編程應用接口初態制備量子測量幺正變換

一般而言，量子計算機的計算過程可以分為：數據輸入、初態制備、量子邏輯門操作、量子測算和數據輸出等步驟。量子計算目前的局限性

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控制難量子比特的狀態很容易受到環境的干擾，例如溫度、磁場和電磁輻射等。03糾錯難量子糾錯是目前最大的瓶頸。盡量降低資源消耗和錯誤概率成為量子糾錯算法領域