主题：【原创】科普--量子计算机到底是什么 -- bnugirl
家园 【原创】科普--量子计算机到底是什么 先从个人背景说起吧 我本科是北师大的 看我的名字就知道了 本科四年里除了考试前的突击周 我从没有去上过自习 但是后来同学聚会 同学们对我的印象居然都是我学习还不错 不由得窃笑 快毕业时跟着凑热闹考研 每科都过了 但是总分差半分 我当时听到录取分数时的反应是大大地送了一口气 反正我考了 跟老妈交待得过了 我本科成绩那么烂 对物理根本一窍不通 要是上了研 不是要折磨死我么 再说我们北师大也不能如此宁滥毋缺么
于是我高高兴兴地去当光荣的人民教师了 当了1年 就受不了了 开始怀念学生生活 于是又花了1年 考寄考托 开始了研究生涯
我对物理的各支派完全没有任何概念 于是选了系里一个最慈眉善目的当导师 很不幸 我硕士一答辩完 他就退休了 我只好换导师换方向
于是选了系里一个最帅的大帅哥 很不幸 博士资格考刚考完 他回祖国加拿大了 因为他太太不喜欢美国 我只好又换导师换方向
于是选了当时系里的首富 就是我的博士导师 那时量子计算机还算新兴行业 比较好拿基金 我就是如此走上量子计算机这条路
量子计算机从兴起到现在也有10年了 但是对量子计算机到底是什么 为什么会比传统计算机强 强在哪儿 有什么应用前景 有什么局限 现在到底进展到什么程度了 即使在科学界 也还是有很多的误解 例如 我听一个工程系的教授总结说 量子计算机就是牺牲精度来换取速度 这话实在是大大地谬误 既然咱河里有科学版 那我就来小小的科普一下
声明一 我的物理知识 基本上是来美国之后学的 所以不知道中文名词到底应该是什么 可能很多会用英文 也可能自己乱翻译
声明二 科普的分寸 真的不好把握 太粗了吧 不符合我科学界的严谨 也容易造成误解 太细了吧 大家会不知所云 看不下去 我现在还在挣扎中 我写博士论文时 老板给我的指导是 你是写给物理系其他方向的人看的 那我现在的观众群大概应该定位为有大学程度非物理专业的人士
声明三 爱莲 你答应送花的啊
元宝推荐：爱莲,老马丁, 通宝推：然后203,匿名：1家园 量子计算是否会便于一些大型模拟系统？ 在我看来，quantum的不确定性某种程度上反而是一种优势。从你的介绍，我的理解Quantum gate 体现的是一种模糊逻辑，这对于表达随机模型有很大的便利。现在的模拟系统很大的运算量在于产生伪随机数。如果量子运算能在这方面提高性能，对于气象，生物，物理这些领域的模拟系统可能有很大帮助。
另外，如果并行性足够高，运算足够快，单个量子的不确定性可以通过统计转化为确定性问题，这就好像许多分子的随机运动最后在宏观上体现恒定的温度。我不知道量子计算机是否能达到这样的计算水平，瞎掰一下。
家园 帮人问一下 我的一个晚辈，物理本科，跟导师在搞量子计算机。准备去美国读博。能否介绍几个比较强的系和教授？
另，量子计算机钱途如何？
谢谢。
- 复 帮人问一下
家园 实验还是理论呢 他想做实验还是理论呢 MIT, Stanford, CalTech都有很不错的组
钱途么 这个我就不好讲了 想挣钱不应该选物理专业吧
- 复 实验还是理论呢
家园 这孩子似乎对理论比较感兴趣 选专业时他父亲想让他读计算机或者金融，他自己一定要读物理，父子俩闹意见，后来我说服他父亲让他自己选择。所以，如果他以后穷一辈子，我也不好跟他父亲交待。当然也不是赚大钱，只要能有个中等收入的工作就行。所以，我比较关心的是搞量子计算机找工作是否容易，万一搞不下去（比如第五第六代计算机的情况）转行是否容易。
还有，现在搞量子计算机的，除了物理系，是否有计算机系的？我本身是搞计算模型的，但隔行如隔山，对量子计算一窍不通，请赐教。
家园 answer 物理博士 最惨不过是大学老师 养家糊口 中等收入还是没问题的
量子计算机现在的发展 还在初级阶段 主要集中在理论上和初步实验上 怎么也得把最基本的部件搞出来 搞计算机的人才能接手 包括算法 现在都是物理系的人在做 我曾经有计算机系的学生 做了半年 因为搞不懂基本的量子力学 做不下去了
量子计算机是90年代后才开始发展的 搞这行的人全是各个方向的人转过来的 例如我老板原来是作固体物理的 即使最后发现此路不通 这些理论也可以用在其他的方面 例如quantum control 在化学和工程上也都用得上
家园 完了么？后来呢？ 家园 一点冷水 量子计算的2个潜在问题:
1 非定域性是否真的可以当作未来的计算资源.
2 是否可放大.
见:
http://www.xys.org/xys/ebooks/others/science/dajia9/panjianwei2.txt
- 复 一点冷水
家园 不冷 葡萄:【讨论】向量子计算机前进:潘建伟等在国际上首次实现量子分解算法
这篇报道确实很有误导嫌疑
潘建伟的名字 我以前没有听说过 他老板倒是知道的 刚才查了一下 今年物理年会 他有两篇文章 不过都不是第一作者 应该是他学生做的东西 他应该也不会自己上台讲 在下面坐镇是很有可能的 看看会不会碰到他吧
2000初 量子计算机很是火了一阵子 尤其是军方 一听说能破解任何密码系统 热情高涨 拼命往里砸钱 特别好申请经费 大概申请书都是象上面的报道一样 充满误导的 现在军方也意识到 离造出来一台能破解密码的量子计算机还远着呢 投资热情也淡下来了
不管到底需要多少年 才能真的造出来一台有实用价值的量子计算机 这个领域的研究都是很有价值的 其中一个分支 量子通讯 很有可能比量子计算机更早实现
家园 【原创】给火雷的回答 量子态通常用矩阵 (column matrix) 来表示
例如 |0>= (1，0) |1>=(0，1) 单qubit的 是一个2x1 matrix 双qubit 是一个4x1 matrix
前面提到过universal set 用这个set里的四个门的不同排列组合 可以实现任何操作
传统计算机里 NAND 就是一个universal gate 任何逻辑计算都可以用NAND 来实现
量子计算机里 这四个门 分别是
Hadamard gate (H), |0> --> |0>+|1> |1> --> |0>-|1>
a phase gate ,
a pi/8 gate,
and the controlled NOT gate.
详细见链接 在这里输入数学不大方便
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_gate#Universal_quantum_gates
用这些也可以做出来传统计算机里的与或非门
为保证计算结果的准确 当然计算过程需要一定的准确度 但是和模拟信号还是不一样的 量子计算机还是使用二进制的 虽然它的操作是旋转 而不是0变1 1变0这么简单
家园 【原创】科普--量子计算机--Factorization 傅立叶变换 Fourier transformation 是啥呢 就是把一个方程转化为它的频率方程 举个例子吧 sin(x) 它的周期是2*pi 频率是1/(2*pi) 在Fourier domain里 它就变成了delta(f+-1/(2*pi)) 它只在+-1/(2*pi)这两点上有定义 在其他地方都是0
量子算法 也是聪明地用了量子傅立叶变换
再说这个Shor's factorization algorithm 它用了一个数学定理 如果要分解一个整数N 任选一个小于它的整数 x 取n=0,1,2, ..., N 作x^n mod N 得到的结果是一个周期为r的周期性序列 x^(r/2) + 1或者 x^(r/2)-1 和N的最大公约数 就是N的一个因子 利用这个定理 就把这个factorization问题转化成了算周期或者频率的问题 用傅立叶变换 可以很容易地得到周期
for example, pick N=15, x=2
n=0,1,2,3,...15
x^n mod N=1,2,4,8,1,2,4,8,....
r=4 x^(r/2)+1=5 x^(r/2)-1=3 5 and 3 are factors of N=15.
那为什么只有量子计算机能用这个定理 传统计算机不能用这个定理呢 因为只有量子计算机可以同时对2^n个状态作运算 传统计算机只能一个一个作 所以只有量子计算机可以利用这个定理 快速地解决factorization问题
家园 傅立叶变换在信号处理中是最基本的,想不到可以有新用处 感觉量子计算机是不是处理信号的方式与现在的常规计算机不同啊?用傅立叶变换挺巧妙的.
新学科经常借鉴别的相近学科的成熟理论来阐述,这样不仅理论基础比较完善,也有现成的工具.
家园 【原创】声明 前面我写的qubit一节 有人提出异议 认为我的表述是错误的 这个罪名可是相当的大 说我文笔不好 倒也无妨 但是指责我的基本事实错误 这可是对我辛辛苦苦码的这么多字的全盘否定 所以不得不声明一下
这样来解释吧
我们上小学时 老师告诉我们 5-3=2 3-5不够减 上初中时 老师告诉我们负数不能开方 你能说小学和初中老师教你的数学是错的么
doob说的没有错 3-5可以减 结果是-2 所以我一开始就承认了自己是在数学上偷懒了 但是后来doob又跟上说我态度不对 基本事实错误 那我也不得不再进一步声明 我认为我现在说3-5不能减也并没有错误
在这样的文章里 把数学全写得那么清楚 不但不能帮助大家理解量子计算机的概念 反而会造成更多的疑问 所以我选择了简化 我没有用物理上规范的波函数 我甚至避免提到波函数的概念 我的表述 读者不用作任何数学计算 就可以看明白 doob的计算 可能大多数人都看不懂 说复数 可能大多数人没办法在脑子里有一个图像 简化为二维圆 大多数人应该可以有一个感性的概念 这样的简化 并不会让读者对主题有任何的误解
请大家相信我的专业 毕竟是吃这饭的 不可能连基本事实都不清楚 如果想跟我切磋专业 我会参加今年三月的美国物理年会APS March Meeting 欢迎跟我联系
也请大家相信我的态度 写科普比写论文难多了 论文是写给同行看的 这些基本的东西根本不要解释 一提名词大家就都明白 如果是讲这门课 前提是学生必须要先学至少一学期的量子力学 我也曾经有过计算机专业的学生来上课 结果跟不上