主题：【原创】科普--量子计算机到底是什么 -- bnugirl
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
真的有花呀 hoo-ray
要解释量子计算机 得先解释一下量子力学(quantum mechanics)里的一些基本概念 这些概念 还是比较让
人抓狂的 因为我们是生活在一个经典世界里 我们数学系有两个教授是从物理转过去的 都是因为搞不懂量子力学
如果让我来科普性地总结量子力学 我会用两个词 不连续 不确定
不连续 也是quantum这个词的由来 什么是连续的呢 例如说速度 速度可以是1 可以是1.00000...0001
是多少都可以 不连续的呢 例如电子轨道 它只有几个特定的轨道可以待 不能在两个轨道中间儿待着 这个好理解
不确定 这个事儿 就让人不舒服了 到现在人们还在试图找一个统一理论把量子力学和经典力学统一起来 例如电子自旋 就是电子在原子里在绕着原子核转的同时 自己还在自转 自旋有两种方向 上旋或下旋 或者说正转或反转 或说顺时针逆时针 按经典力学呢 那它不是正着转 就是反着转 但是它偏偏不 它即是正着转的 也是反着转的 同时出于两种状态 这个就比较变态了 大家必须接受这个事实 量子态 就是可以同时出于两个状态
一个最著名的例子就是薛定愕的猫 一只猫关在一个黑盒子里 黑盒子里还有一个电子 一瓶毒气 这个电子如果正转 平安无事 如果反转 会开启这瓶毒气 把猫毒死 那么这个黑盒子里的猫 是活着还是死了呢 在经典世界里 不是活着 就是死了 在量子世界里 即活又死
但是量子态是可以轻易地被破坏的 破坏方法可以简单到 观察 就是你可以打开盒子看 你就会知道猫到底是活猫还是死猫 也就是确定了 不确定态被破坏了 你不能把盒子再关上 再让一切回到从前 回到猫不死不活的状态 这个给量子计算带来了极大的本质上的困难 后面还会细说
打个比方说，如果是个篮球，我们在上面画个箭头，那么观察这个箭头我们就可以知道它是在正旋还是反旋（这里我们假定这个篮球只能绕一个固定的轴旋转）。
如果把观察方法和观察对象分开这个原则来说的话，我们观察到的箭头前进方向有两个，正或者反，代表了篮球的自旋方向
当然，电子是不可能有箭头指示的。。那么我想问的是，电子自旋是怎么观察出来的？
还有那个该死的3/2是什么东东。。
楼主能解释一下么？多谢。
根据摩尔定律 大概每两年 一块集成电路板上可以容纳的器件数会加倍 这个大家可以感受得到 计算机和其他电子设备的速度容量都在不断翻倍 当一个二级管小到只有几个原子那么大的时候 经典物理就不再适用 必须考虑量子效应了传统计算机10几年后就会碰到量子障碍
量子计算机的概念 早在1982 费曼就提出来了 他本意是说用一个量子计算机来模拟量子系统 会比传统计算机容易得多 这个不过当时那么一说 没人太当回事 然后是Deutsh 1985提出的量子图灵机的概念 之后建立了量子计算机的基本运算单位 类似于传统计算机的与或非门
量子计算机真正引起人们的极大关注是 1994 Peter Shor提供了quantum factorization algorithm
这个问题为什么那么重要呢 因为分解一个400位的数 用全世界最牛的计算机 也要10亿年 而把两个200位的数相乘得到一个400位的数 很容易 1秒钟就行了所以很多加密系统用的都是这种方法 我造出一个这样400位的数 很容易 你想把它再拆成2个200位的数 不可能 而如果有一台量子计算机可以实现算法的话 就可以轻易地破解金融军事很多机构的加密系统 于是引起物理学界计算机界军事界金融界一片沸腾 我老板的基金就是美国海军提供的
电子自旋其实不是真的自转 只是这么叫 就象电子轨道也不是真的轨道一样
在磁场中 两个处于同电子轨道的电子会因为自旋方向不同而有略微不同的能量 就是精细光谱上会看到两条不一样的线 就是这样观察出来的
你说的3/2 算能量的时候会用到 具体你来我学校上我的量子力学课吧 呵呵
那么每次我们观察一对处于同电子轨道的电子的精细光谱：
如果自旋相同，我们得到一个光谱，（是么）
如果不同，我们得到另外一个光谱。
这个，但是我们观察到了第三种光谱？
写得快，花也来得快啊！
根据泡力不相容原理 处于同一轨道的两个电子 自旋一定不同 所以精细光谱上会出现两条谱线
能不能把你的文章里的句子都加上标点符号啊?
为甚么现在一个标点都没有呢?好像可能容易引起一些误读罢...
是不是我太老土了?现在都流行不打标点的...?
恭喜：你意外获得【西西河通宝】一枚
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量子计算机还没有这项功能。
先声明，我也不是搞量子力学的专家。
自旋应该理解成量子经过某个周期会呈现出相同的状态，比如有的量子自旋周期是1初始状态是
，那么就是经过1个单位的时间会有状态再次出现，而为1/2自旋的量子则在1个时间单位里出现两次状态。
相应的，还有轨道、颜色这些概念都要抛开经典图像。
实际上这个例子是薛定愕用来反驳波尔的坍缩观点的。
波尔认为观测行为决定了一个量子的状态，如果一个量子被观测到那么它立即坍缩，否则始终以几率波形式在空间中蔓延。薛定愕针对波尔的观点，提出了猫的例子来反驳他。
其实这个问题在后世引起了很多争论，比如观测的定义是什么？人算观察者，猫算不算？如果只有人可以，那么就意味着智能生命的观察才能引发坍缩，这样再往后辩论就是哲学和神学的领域了。
有一点可以证实的是：波尔是对的。贝尔不等式的实验结果完全倒向波尔一方。