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量子计算(十):量子计算原理

量子计算原理经典计算中,最基本的单元是比特,而最基本的控制模式是逻辑门,可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。...类似地,处理量子比特的方式就是量子逻辑门,使用量子逻辑门,有意识的使量子态发生演化,所以量子逻辑门是构成量子算法的基础。...一般酉变换在量子态上的作用是变换矩阵左乘以右矢进行计算的。例如一开始有一个量子态|〉,经过酉变换U之后得到或者也可以写为由此可见,两个矢量的内积经过同一个酉变换之后保持不变。...通常,下面这种表达形式被称之为以A为生成元生成的酉变换这种矩阵的指数运算可以利用数值计算软件Matlab中的expm,或者Mathematica中的MatrixExp命令进行方便地计算。...四、单量子比特逻辑门在经典计算机中,单比特逻辑门只有一种-非门(NOTgate),但是在量子计算机中,量子比特情况相对复杂,存在叠加态、相位,所以单量子比特逻辑门会有更加丰富的种类。

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量子计算(五):量子计算的发展

量子计算的发展一、量子信息科学类似经典计算之于宏观物理的关系,量子计算同样也与微观物理有着千丝万缕的联系。在微观物理中,量子力学衍生了量子信息科学。...量子信息科学是以量子力学为基础,把量子系统“状态”所带的物理信息,进行信息编码、计算和传输的全新技术。...量子通信主要研究的是量子介质的信息传递功能进行通信的一种技术,而量子计算则主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。...,是否能建造出模拟量子系统的计算机?...伴随时代发展的趋势,量子计算机的算法发展得到了巨大的进步:1992 年,Deutsch 和 Jozsa 提出了 D-J 量子算法,开启了如今量子计算飞速发展的大幕。

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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(十八):量子计算

量子计算机一、量子计算机整体架构1、量子计算的定位:异构计算量子计算领域属于一个新兴高速发展的领域,在近二十年间,不论是量子算法的研究,还是量子芯片的研发均取得了巨大的进展。...由于量子计算的理论研究有限,目前所说的量子计算机并非是一个可独立完成计算任务的设备,而是一个可以对特定问题有指数级别加速的协处理器。...相应的,目前所说的量子计算,如下图所示,本质上来说是一种异构运算,即在经典计算机执行计算任务的同时,将需要加速的程序在量子芯片上执行。​...量子高级语言,类似于经典计算机语言中C++。...5、量子程序的可执行文件对于经典程序来说,汇编语言转化为计算机可直接执行二进制文件,即可被经典计算机执行;而量子芯片可直接执行的文件并非一串01组合的二进制文件,而是由测控设备产生的精密的脉冲模拟信号,

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量子计算(六):量子计算软件介绍

现阶段在量子计算编程领域的研究者们大多从量子线路图“量子计算汇编语言“量子计算高级编程语言的方式入手,不断寻找未来可能最受量子计算机发展欢迎的编程语言。...直到现在,在量子比特数量较少的前提条件下,量子线路图是大多数从事量子计算的研究者一开始采用的最广泛的形式,目前大多数的量子计算平台(如本源量子计算云平台、IBMO平台)均支持这一编程方式。​...,它是量子计算机设计者通过量子计算机的物理结构赋予量子计算机的操作功能。...在量子计算行业,量子软件开发包是指一个提供了创建和操作量子程序的量子计算工具集,以及提供了模拟量子程序的方法包,并且允许开发者使用基于云的量子设备来运行、检验自己所开发的量子计算程序。...个人用户在本地的经典计算机上通过web界面或量子软件编写量子线路、量子代码然后将编写的内容提交给远程调度服务器,调度服务器安排用户任务按照次序传递给后端量子计算机,量子计算机完成任务后,将计算结果一—返回给调度服务器

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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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量子计算(十三):量子计算的if和while

量子计算的if和while所谓量子线路,从本质上是一个量子逻辑门的执行序列,它是从左至右依次执行的。...即使介绍了函数调用的思想,也可以理解为这是一种简单地内联展开,即把函数中的所有逻辑门插入到调用处,自然地,可能会考虑在量子计算机的层面是否存在类似于经典计算机中的循环和分支语句。...二、基于量子信息的IF和WHILE上述的是“量子信息,经典控制”,那么有没有“量子信息,量子控制”呢?对于IF而言,答案是有的。...定义“量子信息,量子控制”过程是一组量子比特的操作,是由另一组比特的值决定的。一个最简单的例子就是CNOT门,对于CNOT(q0,q1)而言,q1是否执行NOT门是由q0的值决定的。...即,CNOT(q0,q1)中控制位和目标位一定不能为相同的量子比特。基于量子信息的IF在实际的量子算法中使用得比较少,因此大部分量子软件开发包都没有加入这个功能。

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量子计算(一):量子计算是什么

量子计算是什么前言当传统计算模式趋近瓶颈时,下一代计算模式的重大变革也即将来临。在不久的将来,量子计算可以改变世界已经成为了共识。一些大公司已经开始将量子计算研究视为一场竞赛。...希望这个栏目能给大家科普关于量子计算的基础知识,能有更多的人才投入量子计算研究当中。一、什么是量子量子就是能表示物质特性的物质最小单元的统称。我们中学课本学到的分子、原子和电子其实都是量子的不同形式。...二、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。在理解量子计算的概念时,通常将它和经典计算相比较。...量子计算和现有的计算模式完全不同,它借助量子力学的叠加特性,能够实现计算状态的叠加,它不仅包含0和1,还包含0和1同时存在的叠加态(superposition)。...随着量子比特数目的递增,对于n个量子比特而言,量子信息可以处于2种可能状态的叠加,配合量子力学演化的并行性,可以展现比传统计算机更快的处理速度;加上量子纠缠(entanglement)等特性,理论上,量子计算机相较于当前使用最强算法的经典计算

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量子计算(二):为什么需要量子计算

量子计算的基本思想是利用量子力学的规则和思想来处理问题和信息,遵循这样的思维导向可以轻易了解到量子计算的优势所在。...在量子计算机上训练人工智能可以提高计算机视觉识别、模式识别、语音识别、机器翻译等性能。五、现代农业量子计算机可以更有效地制造肥料。...六、 云计算量子计算正在成为富有前景的领域。量子云平台可以简化编程,并提供对量子计算机的低成本访问。...七、网络安全量子计算机可以用来破解保护敏感数据和电子通信安全的密码,同时,量子计算机也可以用来保护数据免受量子黑客攻击,这需要一种被称为量子加密的技术。...随着量子计算资源成本的下降以及量子基础知识的普及,更多的相关行业者将会出现,量子计算将会在各个行业中有越来越多的应用,特别是在那些传统计算机效率低下的领域,量子计算机的作用将会愈发明显。

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量子计算(二十):量子算法简介

量子算法简介一、概述量子算法是在现实的量子计算模型上运行的算法,最常用的模型是计算量子电路模型。...虽然所有经典算法都可以在量子计算机上实现,但量子算法这个术语通常用于那些看起来是量子的算法,或者使用量子计算的一些基本特性,如量子叠加或量子纠缠。...使用经典计算机无法判定的问题,使用量子计算机仍然无法来确定。量子算法有趣的是,它们可能能够比经典算法更快地解决一些问题,因为量子算法所利用的量子叠加和量子纠缠可能不可以在经典计算机上有效地模拟。...可以说,量子优势是NISQ量子计算机领域的皇冠,谁夺取了皇冠,谁就证明了量子计算机可以投入到现实应用中。...量子经典混合算法是一类近期提出的,适用于NISQ量子计算机上的算法。它的特点是量子计算机只处理整个算法中的一个部分,经典计算机负责处理其他部分。

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量子计算(十七):量子计算机硬件

量子计算机硬件量子计算机的核心——量子芯片,具有多种不同的呈现形式。绝大多数量子芯片,名副其实地,是一块芯片,由集成在基片表面的电路结构构建出包含各类量子比特的量子电路。...但量子芯片不等同于量子计算机,它仅仅是量子计算机中的一个核心结构。量子计算机,是建立在量子芯片基础上的运算机器。...以上这些都需要特殊的硬件系统来实现,它们实现了量子计算机软件层到量子计算机芯片层的交互。...鉴于目前国际主流量子计算研发团队主要聚焦超导量子芯片与半导体量子芯片这两种体系,同时它们的量子计算机硬件有相当多的共性,因此以下将具体展开介绍这两种体系适用的量子计算机硬件。...为量子计算机专门设计并研制适用的量子计算机控制系统是明智的选择。目前,量子计算机控制系统的研究刚刚起步不久。

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量子计算(十四):超导量子芯片

​超导量子芯片超导量子计算是基于超导电路的量子计算方案,其核心器件是超导约瑟夫森结。...由于近年来的迅速发展,超导量子计算已成为目前最有希望实现通用量子计算的候选方案之一。超导量子计算实验点致力于构建一个多比特超导量子计算架构平台,解决超导量子计算规模化量产中遇到的难题。...2016年基于这个芯片实现了对氢分子能量的模拟,表明了其对于量子计算商用化的决心。2017年,Google发布了实现量子计算机对经典计算机的超越——“量子霸权“的发展蓝图。...,促进了人们通过经典编程语言实现对量子计算机的操控。...南京大学和浙江大学也对超导量子比特进行了卓有成效的研究。在超导量子计算方面,可谓是国内国外百花齐放,百家争鸣。

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量子计算(七):量子系统

量子系统前言对于一个非物理专业的人而言,量子力学概念晦涩难懂。鉴于此,本文仅介绍量子力学的一些基础概念加之部分数学的相关知识,甚至不涉及薛定谔方程,就足够开始量子计算机的应用。...这如同不需去了解CPU的工作原理以及经典计算机的组成原理,但仍能在日常生活中使用经典计算机或者编写经典程序一样。...二元化是一种将事物关系简化的哲学,基于二进制的计算理论正是利用了这种哲学思想。在谈论量子计算原理前,先了解经典计算机的工作流程。...量子计算机里面也由两种状态来构成基本计算单元,只不过这里的两种状态是指量子态的|e>和|g>,这就是一个两能级系统的特征。...而在量子计算中,各种形式的酉矩阵被称作量子门。

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量子计算(十六):其他类型体系的量子计算体系

​其他类型体系的量子计算体系一、离子阴量子计算离子研量子计算在影响范围方面仅次于超导量子计算。早在2003年,基于离子阴就可以演示两比特量子算法。...2015年,马里兰大学和杜克大学联合成立了IonQ量子计算公司,2017年7月,该公司获得两干万美元的融资,计划在2018年将自己的量子计算机推向市场,这是继超导量子计算之后第二个能够面向公众的商用量子计算体系...四、拓扑量子计算拓扑量子计算是一种被认为对噪声有极大免疫的量子计算形式,它利用的是一种叫做非阿贝尔任意子的准粒子。...不同于其他美国巨头公司,微软公司在量子计算方面押注在拓扑量子计算,认为现在量子比特的噪声仍然太大,发明一种保真度更高的量子比特将有助于量子比特的高质量扩展,进而更容易实现量子计算。...有观点认为,未来量子计算机的实现可能是多种途径混合的,比如利用半导体量子比特的长相干时间做量子存储超导量子比特的高保真操控和快速读出做计算等等;也有观点认为,根据不同的量子计算用途,可能使用不同的量子计算方法

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量子+AI:量子计算加速机器学习

概述 量子计算和机器学习都是当前最炙手可热的研究领域。在量子计算方面,理论和硬件的一个个突破性进展让人们看到大规模通用量子计算机的脚步越来越近。...近年来, 随着量子计算机在计算规模和稳定性的突破, 基于量子算法的机器学习重新得到关注, 并成为一个迅速发展的研究方向。...利用量子理论改进机器学习的方法大致可以分为两种: (1) 通过量子算法使某些在经典计算机上不可计算的问题变为可计算的, 从而大幅降低机器学习算法的计算复杂度, 如量子退火(quantum annealing...TFQ 包含了量子计算所需的基本结构(如量子比特、门、电路……),用户指定的量子计算可在模拟的环境以及真实的硬件上执行。...为适应大数据时代海量数据的处理和分析,量子机器学习应运而生。量子机器学习基于经典计算机的机器学习算法,利用量子计算的处理效率可进一步提高数据处理能力。

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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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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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量子计算(十九):量子软件开发环境

,它使得量子程序也可以进行逻辑判断和简单的经典计算,使得量子程序更灵活。...QRunes根据量子计算的经典与量子混合(Quamtum-ClassicalHybrid)特性,在程序编译之后可以操纵经典计算机与量子芯片来实现量子计算。...三、本源量子云平台本源量子云平台是国内首家基于模拟器研发且能在传统计算机上模拟32位量子芯片进行量子计算量子算法编程的系统,目前该系统主要服务于各大科研院所、高校及相关企业,冒在为专业人员提供基于量子模拟器的开发平台...量子云平台是连接用户和量子计算设备之间的桥梁,当前量子系统运作结构通常是经典计算量子系统发起计算任务请求,待量子系统完成计算任务后再以经典信息的方式返回给用户,整个过程都需要量子云平台在中间协调。...通常用户会通过云平台构建简单的量子算法,之后待量子线路图转化为虚拟机或量子系统识别的指令,并将数据送入虚拟机或者量子系统,完成计算之后,回传结果,此时用户就能收到最终的计算结果。

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