量子计算机的崛起..doc

量子计算机的崛起
物理态的变化可以编码信息。编码信息的物理态的传输就是信息的传输。编码信息的物理态的固化就是信息的存储。编码信息的物理态按照算法要求和物理规律变化并对变化后的物理态进行物理测量就是信息的处理。计算机本质上是一个物理系统。计算过程本质上是一个物理过程。信息是物理的,计算是物理的。经典计算机就是以经典物理为基础,用经典的物理态的变化来编码、传输、存储和处理信息的物理系统。量子计算机就是以量子力学为基础,用量子态的变化来编码、传输、存储和处理信息的物理系统。量子计算机首先用量子态编码信息,然后按照算法要求和量子力学规律改变量子态,最后测量量子态得到信息处理的结果。量子态具有相干态叠加和量子纠缠等特性,量子信息利用量子纠缠现象使得量子计算机在求解一些问题时相对于经典计算机具有指数加速作用,即具有先天的大规模并行计算能力。量子计算机的研发就是要开发和利用量子力学系统的相干叠加和量子纠缠特性所蕴含的信息处理能力来进行信息处理。量子计算机的并行计算能力随量子位的增加而呈指数增加。经典计算机模拟量子力学系统所需要的时间随系统中粒子数量和自由度的增长而呈指数增长。因此,无法用经典计算机解决复杂的量子力学问题,更无法模拟大规模量子力学系统。由于经典计算机的计算复杂度呈指数增长,所以在分解大数的质因数、枚举大集合的子集、随机搜索、自然语言理解和视频内容理解等方面也存在巨大的困难。虽然类脑电子计算机能够在这些方面克服经典计算机的缺点,但是类脑电子计算机也难以
模拟大规模量子力学系统和解决复杂的量子力学问题。人类文明要进步,就必须解决复杂的量子力学问题,就必须搞清楚大规模量子力学系统的性质。因此,曾大江认为研发量子计算机是人类文明进步的必然要求。
经典计算机存储1个比特的信息所需的原子数量已从1950年的10艾个减少到2009年的1000个,即平均每10年降低两到三个数量级;晶体二极管基极掺杂的杂质原子数已从1950年的1千亿个减少到2010年的50个,即平均每10年降低一到两个数量级;执行一个逻辑操作消耗的能量已从1950年的800焦减少到2010年的万分之一焦,即平均每10年降低一到两个数量级。假设经典电子计算机存储1个比特的信息所需的原子数量平均每10年降低两个数量级,那么2020年就只需要10个原子,2025年就只需要1个原子。假设晶体二极管基极掺杂的杂质原子数平均每10年降低1个数量级,那么2020年就只需要5个原子,2025年就只需要1个原子。假设执行一个逻辑操作消耗的能量平均每10年降低1个数量级,那么2170年将达到室温下原子热运动的平均能量泽分之一焦。当一个电子器件只涉及几个原子和电子时,经典物理规律失效,量子力学效应凸显。这样,经典计算机的信息存储密度和掺杂密度在2020年就会达到极限,在2170年就会达到能耗极限。因此,曾大江认为经典计算机发展的必然趋势也是进化为量子计算机。
由于量子算法研发难度极大和量子态固有的脆弱性,量子计算机要全面超过电子计算机还有很长的路要走。虽然各种任务都可以用量子计算机完成,但是如果没有与这些任务相对应的量子算法出现,那么
在量子计算机上使用经典算法去完成各种任务与在经典计算机上使用经典算法去完成各种任务没有多大的区别,就像用超级计算机玩***游戏与用手机玩***游戏没有区别一样。目前,除分解大数