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量子力学与现代科技
王学雷
河南师范大学物理与信息工程学院
量子力学向其它领域的渗透
量子化学、量子生物学、量子磁学
量子力学向近代科学技术的发展提供了理论基础
原子能技术开发、纳米技术、
激光、超导研究、大规模集成电路
一、量子计算机
.1. 什么是量子计算机
经典计算机:
1943年--
速度提高了10亿倍
半导体技术,
集成电路()
经典信号,串行处理
量子计算机:实现量子计算的装置。
一、量子计算机
.2. 量子计算机的工作原理
量子位、量子并行计算
(1)量子位
经典计算机:
二进制位存储: 非0即1<->开或关
经典输入信号
串行处理
经典输出信号
一、量子计算机
量子计算机:
量子位(qubits)储存信息,用量子态
表示0和1(自旋向上或向下)。量子位
可以是0和1的叠加。
量子叠加态
并行运算
量子叠加态
么正变换
一、量子计算机
.(2)量子并行运算
经典计算机串行运算:一步一步按顺序处理。
量子计算机并行运算:对每一叠加分量的运算相当于一经典运算,对所有分量的运算同时完成,并按一定的几率叠加,从而给出输出结果。
一、量子计算机
.例子: 1到9乘8的运算
|1>+ |2>+ |3>+…+ |9>
|8>
并行运算

形成强信号
乘以
答案
一、量子计算机
.3. 量子计算机的优点:
(1)计算速度快
计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积,采用巨型机需10亿
年,用量子计算机只要一年.
(2)量子位储存能力大大提高.
一、量子计算机
(3)可完成一些传统计算机无法完成的计算
高效率模拟、模拟量子系统
40个自旋1/2粒子体系:
(4)低能耗:
量子计算机计算是么正变换,是可逆的。
一、量子计算机
.4. 量子计算机存在的问题:
受环境影响大,纠错复杂
消相干效应:量子信号与外部环境发生相互作用,导致量子相关性的衰减,使相干性很难维持。
克服消相干效应是量子计算机要克服的主要困难。
消相干还会导致运算结果出错,如何进行量子纠错是量子计算机要克服的另一困难。