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量子计算量子计算的模拟

通常对于量子计算机的理解就是,因为量子计算机的存储特征,可以处理很大的数据,而不是像传统计算机那样只是处理1、0二进制数,因此计算效率更高。 这在量子计算机的制造和算法的研究中,都必须考虑到的问题。 量子密码 因为不可测的特征带来的无法窃听和不可克隆特征,强大的量子计算能力虽然对传统的密码学是一个灾难,但同时也会出现新的、更强大的加密算法。 单量子比特门 如同传统计算机一样,量子计算机也是通过逻辑门的运算来完成实际运算的。 更谈不上学习量子计算机的开发了。 除了在实际的量子计算机上实验,目前也有很多软件提供了量子计算的模拟能力,从而可以尝试自己的算法和实验,达到学习的目的。

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量子计算基础——量子测量

技术背景 在上一篇博客中,我们用矩阵的语言介绍了量子计算中基本量子单元——量子比特,与量子门操作的相关概念。通过对量子态的各种操作,相当于传统计算机中对经典比特的操作,就可以完成一系列的运算了。 但是量子计算的一个待解决的问题是,所有存储在量子态中的信息是没办法从经典世界直接读取的,只能通过量子测量,使得量子态坍缩到经典比特之后,才能够在经典世界里进行读取。 而在真实的量子计算机上面去运行这样的程序的话,还有可能存在系统误差、环境误差等影响,这也是当前的量子计算机还得不到重大应用的根本原因所在。 Z轴上进行,可以简单的理解为,把一个布洛赫球上的量子态矢量投影到Z轴上进行读取,最后得到一个统计的结果,布洛赫球的示意图如下所示: 如果用数学矩阵来表示的话,Measure在量子计算中使用到了一个Observable 总结概要 量子的世界与经典的世界存在着信息的隔阂,我们可以通过多个量子比特所构成的量子态去存储大量的信息,以及进行规模大到经典计算机所无法执行的运算。

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    什么是量子计算

    什么是量子计算量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。 对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。 从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。---百度百科 量子是什么? ,利用量子的特性可以实现算力指数级的增长,如果能制造出一台量子计算机,经典计算机需要运算几百年的复杂问题,量子计算机几十秒就可以计算出来,实现计算机跨越式的发展,有夸张说法说,如果经典计算机的算力是燃气动气的话 ,那量子计算机的算力就是核能级别的了。

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    量子计算

    问题描述 量子计算机是基于量子力学原理构建的计算机,计算速度是其显著的优点。 近来,中科大潘建伟团队成功构建了量子计算机“九章”,能够对“高斯波色采样”进行快速的求解,具有重要的意义;本推文对相关的资料进行归纳汇总~ 上图展示了量子计算机潜在的应用场景:图a表述量子计算机在人工智能领域潜在的应用 :2019年在Nature上看到量子计算与支持向量机之间的关联,前期推文进行了相关的整理量子机器学习;图b表述量子计算机在密码学领域潜在的应用;图c表述量子计算机在新材料研发领域潜在的应用:谷歌采用12 附录:相关思考 附1、量子计算机的发展历程? 知道什么是量子计算,知道什么是计算机,然而什么是量子计算机呢,其发展历程主要是什么样子的~ 附2、量子计算机研究现状? 量子计算机目前正处于试错阶段,目前主流的技术路径有超导、半导、离子陷、光学以及量子拓扑五个方向,每种方向都有相应的优势与弊端; 图a~b表述为谷歌在量子计算机方面的研究成果;图c~d表述为中科大在量子计算机方面的研究成果

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    警惕:量子计算泡沫!

    警惕量子计算泡沫! 尽管大肆宣传、高达数十亿美元的风险投资和三家通过Spac上市的公司,但量子计算行业尚未展示出任何真正的实用性。 如今,量子计算就是这方面的一个典例。 量子计算常常被誉为是一种新兴技术,其最终影响只有与AI能与之相提并论。 据量子计算的布道师们声称,早晚会出现功能完备的量子计算机,能够执行从彻底改变药物开发到破解互联网加密方案的各项工作。 它们获得的微薄收入主要来自咨询业务,这块业务旨在向其他公司传授“量子计算机将如何帮助它们公司”,而不是真正利用量子计算机相对传统计算机的任何优势。 最新的研究指出,没有证据表明连量子化学计算也可以通过量子计算机显著加快速度。这对于量子计算机可用于设计药物这个大肆吹捧的想法来说是个坏消息。

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    什么是量子计算

    作者:Jonathan Hui 翻译:老齐 量子位是量子计算中的核心单位,借助于叠加态,我们可以将量子位编码成指数级的信息,这些信息可以比传统的计算机产生的信息多得多。 在本文中,首先要介绍一下量子计算的基本原理,以及量子力学中的一些法则。 叠加态 叠加态是一个重要的概念,因为这要牵扯到量子位。还是从自旋的数学模型开始吧,别害怕!它很简单。 ,传统的计算是无法达到的,下面是一个3个量子位的示例: 下面的方程描述了2个量子位的系统,它由两个粒子的自旋组成。 但是无法直接读取系数,所有的计算中,读取量子位的唯一方法是对其进行测量,从而仅返回状态之一(而不返回系数)。 ? 测量量子位时,容量与位无异,在这种约束下设计算法非常棘手。 预告 至此,已经理解了量子位,可以类比于传统计算机中的比特,但比它更强大。在传统计算机中,我们通过 这些运算符操作比特,在量子计算机中,就不能这么做了。那么,如何操作量子位?请看下篇。

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    量子计算基础——矩阵语言

    技术背景 量子计算作为一种新的计算框架,采用了以超导、离子阱等物理体系的新语言来描述我们传统中所理解的矩阵运算。不同于传统计算机中的比特(经典比特)表示方法,量子计算的基本单元被称为量子比特。 我们可以通过一个布洛赫球的模型来理解二者的区别: image.png 量子比特与量子操作 image.png 量子比特与量子操作 image.png image.png image.png image.png 总结概要 量子计算是一门当下非常火热的技术,抛开个别企业对量子计算的过分吹嘘不谈,其本身是一门非常有意义的跨学科研究领域。 本文仅从非物理科班专业的角度——用矩阵的语言去描述量子计算的基础单元和基础操作,包含量子态的含义、单比特量子门操作以及两比特量子门操作的矩阵形式。

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    量子计算的相关知识

    概 述 量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。 从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,目前某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。 几 个 问 题 1.量子计算机不会取代经典计算机 2.量子计算机擅长解决优化问题 3.量子计算机将扩展经典计算机 4.我们需要50到60个量子比特的计算机来做有用的工作 5.构建可工作量子计算机并非易事 量子计算机的出现,巧妙地解决了计算机发展的瓶颈问题。丁洪说,从原理来看,量子计算机是可逆计算机,不会丢失信息。 当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

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    分子对接与量子计算

    简介 高斯玻色子采样器是光子量子器件,具有解决一些经典系统较难处理问题的能力。 在这里,作者展示了高斯玻色子采样器可用于分子对接,这一药物设计领域的核心问题。 随后作者寻找最大权重团,对于上述策略中的每一种,作者都比较了标准经典策略的性能与量子 & 经典策略混合版本(其中随机子图通过 GBS 进行采样)的性能。

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    从基础量子位到当下火热的量子计算机,一文助你入门量子计算

    《Quantum Computing for the Very Curious》,详细介绍了量子计算的入门知识,如量子位及其状态、通用量子计算量子计算机等。 为了解决这一问题,提出了量子计算机:量子计算机可以做常规计算机所能做的一切,但也能够有效地模拟量子力学过程。这篇文章解释了量子计算机是如何工作的,同时,还将学习量子力学的基本原理。 实际上,量子计算还包括更多的奇异变化,如基于测量的量子计算、拓扑量子计算等。它们在数学上都是等价的,包括量子电路模型。 第四部分 量子计算的应用-量子计算机 我们在学习了上面的量子计算知识的基础上,一起来看一看量子计算机是如何具体构造和实现的。 “量子霸权” 强调的是量子计算拥有超越所有经典计算机的计算能力。2019 年 9 月 18 日,IBM 在纽约举行了新量子计算中心的开幕仪式。

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    百万量子比特如何实现?光量子计算公司PsiQuantum论文揭示可扩展光量子通用计算方案

    机器之心专栏 作者:王珩 使用光纤作为光量子的内存,进而用光量子内存来提升容错量子计算量子比特数目,是近年来光量子计算中兴起的方向。 中国的玻色量子团队在多年研发基础上提出的「天工光量子计算架构」[3]就采用了这样一种方向。无独有偶,在美国著名光量子计算公司 PsiQuantum 的方案中,也采用了这种方案。 PsiQuantum 由著名量子计算专家 Jeremy O'Brien 于 2016 年在硅谷创立,是美国最领先的量子计算创业企业之一,主攻光量子计算技术路线,PsiQuantum 的目标是用传统的硅芯片技术流程来制造使用光量子的商用量子计算机 那么,它的量子计算研发路径又有哪些独到之处呢? PsiQuantum 认为,有用的量子计算机至少需要 100 万个物理量子比特,以满足容错和纠错的需求。 这使得每个 RSG 能够模拟数以千计的静态物理量子比特,以实现容错的量子计算。 光子 FBQC 的架构是高度模块化和可扩展的。大规模容错量子计算机可以通过使用相同计算模块组成网络而构建出来。

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    谷歌的量子霸权论文,量子计算的里程碑

    量子计算机用3分20秒完成的一项计算,全球最强大的超算Summit要花1万年。这个成果,来自于谷歌发表在NASA官网上的最新量子计算研究。这意味着谷歌的量子霸权,或许真的实现了? 量子霸权 ? 量子霸权,也叫量子优势,即在未来的某个时刻,功能强大的量子计算机可以完成经典计算机几乎不可能完成的任务。比如在一天之内破解原本几万年才能破解的密码、实现通用人工智能、快速模拟分子模型。 2月,经典计算机的速度已经不能和量子计算机相匹敌,无法再模拟后者,或许这就是计算机的优胜劣汰,倒是能和进化论扯上一点关系——尽管计算机不是生物。 量子计算领域的里程碑 ? ,而不是幻想的产物,量子计算机做出了比任何经典计算机要明显优秀的工作。 谷歌研究者期望量子处理器的计算能力可以继续以双指数率增长:模拟量子电路的经典开销随计算体积的增大而增加,并且硬件的提升将有可能遵循量子处理器的摩尔定律,使得计算体积每几年就增大一倍。

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    二次量子化与量子计算化学

    技术背景 二次量子化是量子化学(Quantum Chemistry)/量子计算化学(Quantum Computational Chemistry)中常用的一个模型,可以用于计算电子分布的本征能量和本征波函数 有一部分的物理学教材会认为二次量子化的这个叫法不大妥当,因为其本质是一种独立的正则变换,所以应该被称为第一种量子化(First Quantization)和第二种量子化(Second Quantization 但是由于历史原因,就一直称呼为二次量子化。而如果认真去追究起来,称为二次量子化,可以理解为经历了两次的正则变换得到的结果,也并无不妥。 本文将从比较原始的电子模型和启发式的薛定谔方程的推导讲起,尝试理解二次量子化发展过程中的各种物理图像。

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    量子计算对 bitcoin 的威胁

    上周 google 发布了 72 量子比特通用量子计算机,引发了大家的热议 —— 尤其是,看上去牢不可破的 cryptocurrency,是不是到了快要被终结的时刻? 首先我们看量子计算中已经比较成型的算法:Shor’s algorithm(下文简称 Shor) 和 Grover’s algorithm(下文简称为 Grover)。 大概五到十年前,人类通过通用计算机分解出来的最大的整数是 768 bit,因而理论上 RSA 密钥低于这个数字就是不安全的。 从这个角度上讲,量子计算机不断走向成熟,整个非对称加密体系下的算法都会受到巨大的冲击 —— PKI 将坍塌,你访问 chase.com,CA 已经无法证明 chase.com 的 cert 属于 Chase 因而即便量子计算破解了非对称加密算法,对于那些没有使用过的冷钱包(code wallet),也无法破解。对于那些需要 multisig 的钱包,也是类似。

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    量子计算计算机安全的影响

    周末在 ACM Queue 上读到一篇有关量子计算机的文章《The Complex Path to Quantum Resistance》,讲的是如何使用经典计算机对抗量子计算。 关于量子计算量子通信,目前看到的比较好的科普文章当属于《漫谈量子信息技术:量子通信与量子计算》。本文不再对具体细节进行翻译。 与传统计算机不同,量子计算机对量子位在叠加态下的使用,让量子计算机比传统计算机更快。这种计算能力的加速是量子计算对信息系统的安全和隐私构成威胁的原因。 而量子计算机本身强大的计算能力使得这两个算法存在破解的可能性,虽然现有的量子计算机暂时不具备规模化的能力,也不像传统计算机有着通用化的能力,但是不排除某些人会预先会获得并存储加密数据,直到量子计算机真正的规模化和通用化再进行解密数据 可以同时探索的组合数量取决于量子计算机可用的量子位数量。有了足够的量子比特,量子计算机就可以快速逆向计算计算难题并获得私钥。换句话说,可以从公钥中恢复私钥,并且可以解密被保护的信息。

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    【谨慎对待 “量子霸权” 】从5量子比特到50量子比特,量子计算的基础问题从未解决

    量子计算机在一些具体任务上的表现很快就能超越传统电子计算机,但是在量子计算真正实现其巨大潜力前,依然需要克服许多基础性的难题。 本文来自Quanta Magazine,客观讨论了当前量子计算的进展、潜力和挑战。 在量子计算的可行性被质疑长达几十年后,全世界范围内忽然掀起了对于量子计算的追逐狂潮。 但是量子计算机的最大优势就是每一个量子比特的运算能力都远远高于传统比特。长久以来,大家都相信 50 个量子比特的量子计算机应该能够解决让传统计算机束手无策的某些问题。 量子计算的基础物理问题并没有得到完全解决,而这些问题与量子计算的技术实现紧密相关。 即便我们很快能够实现 “量子霸权” 这一里程碑,接下来的一两年也将是检验量子计算机能否革新传统计算领域的关键时刻。 通往通用量子计算时代的道路仍然极为坎坷,需要多方的共同努力。 量子计算机的本质 量子计算的优势和所面临的挑战,都源于量子物理本身。

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    首个72量子比特的量子计算机问世,谷歌出品

    比春天这气温升得还快的,是量子计算的热度。 无论是2012年开始入局的微软,还是才研发出50量子比特原型机没多久的IBM,亦或是放言“2017年底实现量子霸权”的谷歌,量子计算机于科技巨头来讲,是一条彰显实力的单独赛道。 △ 量子处理器Bristlecone(左);设备的模拟图(右),其中每个“X”代表一个量子比特 量子计算双限制 错误率是所有量子计算机都要面临的一个主要问题。 受自身特性的限制,量子计算机通常需要在极低的温度下运行,讲道理是不受环境影响的。但由于目前的技术中量子比特仍然高度不稳定,因此任何噪声都可能导致错误。 △ 上图表示错误率与量子比特数之间的关系,红线表示Quantum AI Lab预期的研究方向 业界普遍认为,要实现量子霸权需要49量子比特,但谷歌认为说量子计算机不仅与量子比特相关。

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    (行业突破)IBM Quantum突破100量子量子计算芯片壁垒

    本周,IBM发布了一款名为“鹰”(Eagle)的127量子量子计算芯片,在打造最强大量子计算机的竞赛中展示了一项新资产。 他们的芯片将与中国科技大学,谷歌以及微软等公司的芯片相匹敌。 IBM将 Eagle 视为计算史上技术革命的一步。 随着量子处理器规模的扩大,每增加一个量子位,空间复杂度(执行算法所需的内存空间量)就会增加一倍,从而使经典计算机能够可靠地模拟量子电路。 与将信息编码为0或1位的普通计算机芯片不同,量子计算机可以用一种叫做量子位的东西来表示信息,量子位的值可以是0或1,或者由于一种叫做叠加的独特性质,量子位可以同时有0或1两个值。 举例来说,每增加一个量子位,在经典计算机内存中表示一个量子态的成本就会呈指数级增长。 戈塞特说:“当你谈到40或50量子位元时,世界上有足够的计算机内存,也许它们就是这些巨大的超级计算机。” 由于量子计算机的硬件工程比传统计算机要复杂得多,“目前还不清楚什么是最有前途的有用的量子计算机硬件平台,”will说。

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