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一个量子位比一个普通字节有什么优势?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-04-01 08:48:00

量子位在量子计算机中执行的任务与在经典计算机中执行的位相同,也就是说,它充当基本的存储单元。但这里有一个根本的区别:如果一个比特在同一时间只能处于一种状态,那么根据叠加原理,一个量子位在我们测量它之前,就会同时处于两种状态。这就是量子位的优势和劣势。

让我们看一个简单寄存器的例子。假设现在我们有一个4量子位系统:

4量子位系统

例如,计算函数y=2*n的值。这里我们有2^4 = 16个可能的数字在寄存器中。但是!你还记得吗,在我们测量之前,每个量子位元都是叠加的,也就是说,它同时包含0和1?因此,整个寄存器也是叠加的,同时包含16个数字。立即。

对量子并行性。由于所有的数字同时被写入寄存器,然后对其进行操作,我们立即将寄存器中包含的所有数字进行转换。我们并行进行。可以这么说,我们一石二鸟。我们的康德计算机是怎么被编程的呢?简单地说,就是如何计算。记住有基本态。所以,1和0是量子位的基本状态。让我们这样写:

量子位的基本状态

这些三角形的直方括号被称为“酮”,如果它们朝另一个方向看,就会出现“凸”。它们是由狄拉克发明的,非常方便,现在我们来理解为什么。

对于我们的每一个状态,都有一个共轭态,它是用一个凸形来表示的。

将一个状态乘以自己的或别人的共轭在右边被称为标量积,结果我们得到的只是一个数:

标量积

但我们不能忘记,我们的条件是基本的,这意味着他们很好。它们的美妙之处在于,用自身的标量积(前两条线),可以得到1,反之亦然,则为0。

标量积

但是如果你把状态乘以共轭不是在右边,而是在左边,像这样,会发生什么?

共轭

这已经被称为外积,它的结果是一个算子,因为它执行一个操作(包括我们的量子位)。而且,这种自身相乘,如行(1)给出了Hermite算子,即一个好的,而乘积,如行(2)给出了一个一般的非Hermite算子,即不是很好的。

现在留给我们去发现这些狄拉克命名有什么好处?事实上,它们可以让你避免矩阵,积分,卷积,复杂符号等等。

很好,我们已经掌握了量子力学和计算机科学的基础知识。现在我们来计算一下?

现在让我们想象一个2秒量子位元的系统,用我们喜欢的符号。

2秒量子位元的系统

这里给出了两个量子位的所有可能的状态。

现在让我们做一个简单的逻辑方案。例如:用算子把所有的东西都乘以一个I,然后算子把零状态变成一个单位,这个单位变成零σ。用基本态的语言来说,就是这样的:

两个量子位

现在让我们取前两个量子位,把它们的鼻子转向对方,1对1,0对0。我们把I放在右边的0处,把σ放在1处。我们得到一个双量子位门或控制非门(CNOT)。它会变换最后两个量子位:

双量子位门

圆上的叉表示张量积。张量积可以很简单地用0和1来表示。

张量积

现在一切都很简单明了了。可以看出,我们的CNOT是一个包含两个输入和输出的阀门。一个量子位(第一个)是控制的,如果它是零,那么第二个量子位——被控制的——保持不变。如果控制量子位等于1,那么被控制的量子位就变成相反的(操作NOT),因为这个阀门被称为:控制NOT。

确实,如果我们有条件的话,|0>|1>,然后在左边乘起来,剩下的项都是0,| 0 > | 0 | < 1 | 1 > <。出于兴趣,你可以计算剩下的可能的双量子位态。我要指出的是,为了构建任何逻辑电路,只要有一个CCNOT门就足够了——和CNOT一样,只是有两个控制量子位。

叠加原理帮助我们快速计算一切。而他,或者说他的去相干性,不允许我们从寄存器中提取结果。

退相干是什么?这是测量过程中量子系统状态的破坏。毕竟,为了找出最后发生了什么,我们需要测量寄存器的状态。寄存器是量子的,这意味着一旦我们测量了它一次,同时收到了一个数字,我们就永远地去掉了测量之前剩下的数字。

也就是说,无论我们进一步测量寄存器多少,我们得到的结果都是一样的。像这样。如何绕过它?不可能。这个东西是无法克服的(不管别人写了什么,也不管它背后的本质是什么)。那该怎么办呢?为什么我们需要这样一个复杂的,最重要的是,昂贵的计算机,如果它的所有好处都被某种退相干消耗掉了?

但它会被吃掉,但不会吃到最后。有一些算法可以让你解决一些经典计算机,量子计算机无法解决的问题。
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