量子计算机算法与应用研究论文（转载务必注明出处）
?
??????? 量子計算機算法與應用研究
?
?
?????????????????????????? ??學科分類：計算機科學
湖北省沙市中學 謝曉嘯
摘要
???????????? 1.量子計算機
???????????? 2.量子計算機算法
???????????? 3.移動互聯
???????????? 4.云計算
???????????? 5.經典計算機的局限
???????????? 6.量子計算前景
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????????????????????????????? 二零一四年一月十二日
?
?
目 錄
?
摘??? 要............................................................................................................................. Ⅰ
第1章? 緒 論..................................................................................................................... 1
1.1? 量子計算機的背景及意義................................................................................... 1
1.2? 研究方法............................................................................................................... 1
1.3? 這篇論文的主要內容........................................................................................... 1
第2章 正文......................................................................................................................... 2
2.1 經典計算機............................................................................................................. 2
2.1.1 為什么先談“經典計算機”..................................................................... 2
??????? 2.1.2什么是經典計算機_____________________________________________________2
??????? 2.1.3經典計算機的局限性在哪里_____________________________________________2
??????? 2.1.4摩爾定律及摩爾定律的局限性___________________________________________2
2.2 量子計算機............................................................................................................. 3
??????? 2.2.1量子計算機的理論依據_________________________________________________4
??????? 2.2.2量子力學_____________________________________________________________5
??????? 2.2.3量子力學與計算機_____________________________________________________5
??????? 2.2.4量子計算機的信號____________________________________________________13
2.3 量子計算機現階段的研究................................................................................... 19
2.4 量子計算機的“平民化”應用........................................................................... 22
結??? 論........................................................................................................................ 25
致??? 謝............................................................................................................................. 26
?????????????????????????????????????????? 研究者：謝曉嘯
?
?
第1章? 緒 論
1.1? 量子計算機的背景及意義
近十年以來，信息領域正以肉眼可見的速度發生著變化，從上世紀的桌面級應用正逐漸轉變為移動型、互聯性甚至于可穿戴型。我們常常討論：未來是誰的？現在來說，答案是：未來是互聯網的。不過，這里的互聯網是移動的、是互聯的。要想實現這樣的巨變，究其原因還是核心的運算能力的提升。
然而，經典電子計算機在未來必定有發展上的局限性，這點我將會在下文中詳細論述。為了滿足移動互聯時代的可移動、速度快的特點，對于量子計算機算法及其應用的研究很顯然是極為必要的。
1.2? 研究方法
? ?經過對量子計算機的產生及原理的資料閱讀，對經典電子計算機的資料閱讀，在計算機上編程獲得的實踐，對當今新聞時事的解讀和分析，對國外網站的資訊的了解，分析和匯總得到。為此，我專門自學了大學的量子力學教程（機械工業出版社），但因為我的知識能力及條件的限制，很難真正得到一臺可編程的量子計算機供我測試，因此以下所有數據（如果未注明引用）是我在經典計算機上測得的，僅提供思路，對數據不承擔責任。
?
1.3? 這篇論文的內容
量子計算機算法及應用，以及與其相關的研究。
?
?
???????????? 第2章 正文
2.1 經典計算機
???? 2.1.1.為什么先談“經典計算機”
???? 英國數學家阿蘭·麥席森·圖靈率先提出了“圖靈機”和“圖靈運算”等重要概念。圖靈機并不是機器裝置，但通過這種將問題轉換為數學模型的思想，能夠制造出極其簡單但運算能力極強的通用機。圖靈在二戰期間，制造過能夠破譯密碼的裝置，它雖然是由機械和馬達構成，卻因為構建它的數學思想，使它成為當今所有經典計算機的鼻祖，也可以說，它是經典算法的鼻祖。
?????? 2.1.2.什么是經典計算機
??? 經典計算機（Computer）俗稱電腦，是一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算，又可以進行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備。由硬件系統和軟件系統所組成，沒有安裝任何軟件的計算機稱為裸機。可分為超級計算機、工業控制計算機、網絡計算機、個人計算機、嵌入式計算機五類。
??? 這里有個很重要的概念，馮諾依曼結構。
馮諾依曼結構中，計算機必須包括五大基本組成：輸入設備，輸出設備，儲存設備、運算設備、控制設備和輸出設備。可以說，即使是我所說的量子計算機也得按照馮諾依曼結構 來進行構建。
可以說，這樣的機器就大致稱得上經典計算機。
????
??????? 2.1.3.經典計算機的局限在哪里
經典計算機經過數代發展與演變，已經成為了大規模集成電路電子計算機，這種具以有數據庫管理、網絡管理和面向對象發展為特點的經典計算機，已經從軍事、生命科學等高尖端領域普及到每個家庭，對經濟社會的發展和世界格局產生了巨大影響。具體而言，經典計算所適用的領域量子計算機完全能做的更好，這主要包括：
??? ①數值計算：諸如天氣預報，衛星軌道，原子反應堆等計算，必須采用更為???????????????????????????????????????????? 高效的機器來運算；
??? ②數據處理：如人口普查，公安管理系統等需要儲存大量數據與信息的領域；
??? ③自動控制：諸如導彈于衛星的自動制導，都需要系統的實時運算來維持；
??? ④計算機輔助設計與制造；
??? ⑤人工智能：量子計算機的廣泛運用必將對人工智能領域帶來深刻變革。
?
??????? 2.1.4.摩爾定律及摩爾定律的局限性
摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。
盡管這種趨勢已經持續了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為是觀測或推測，而不是一個物理或自然法。預計定律將持續到至少2015年或2020年。曾經有人估計2010年國際半導體技術發展路線圖的更新增長已經放緩在2013年年底，之后的時間里晶體管數量密度預計只會每三年翻一番。然而到2013年底Tick-Tock戰略下的Atom再次精準無誤的把摩爾定律推向一個高峰，但我們都在想，這樣一味的提升晶體管數量和看似高明的架構改變，與原始社會的刀耕火種有何區別，經典計算機到底還能發展多久？
?????????????????????? （圖為摩爾定律的預測及檢驗）
?
2.2量子計算機
量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。
因而我所說的量子計算機更為確切的來說人們對“量子計算機算法”的研究。
2014年1月3日，美國國家安全局（NSA）斥資8千萬美元研發用于破解加密技術的量子計算機。
?
????????? （圖為2014年美國新研發的超級量子計算機，來自網絡未必可信）
?
2.2.1.量子計算機的理論依據
?? 人們研究量子計算機最初很重要的一個出發點是探索通用計算機的計算極限。當使用計算機模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而數據量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。
??? 量子計算機在1980年代多處于理論推導狀態。1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因子分解算法后，因其對于現在通行于銀行及網絡等處的RSA加密算法可以破解而構成威脅之后，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力于利用各種量子系統來實現量子計算機。
半導體靠控制集成電路來記錄及運算信息，量子計算機則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算信息。 1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子計算機能做出離散對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40比特的量子計算機，就能在很短時間內解開1024位電腦花上數十年解決的問題。
也就是說，經典計算機試圖控制晶體從而進行運算，量子計算機通過控制分子或原子來進行計算，這樣的效率比采用二進制編碼的經典計算機要高得多。
?
2.2.2.量子力學
量子力學是描寫微觀物質的一個物理學分支，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學，如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科，都是以量子力學為基礎。
這里我引用一個非常著名的不確定性原理來略為解釋：
最著名的不相容可觀察量，是一個粒子的位置和動量。它們的不確定性和的乘積，大于或等于約化普朗克常數的一半：
?
?? 這個公式被稱為不確定性原理。它是由海森堡首先提出的。不確定的原因是位置和動量的測量順序，會直接影響到其測量值。海森堡由此得出結論，認為不確定性是由于測量過程的限制導致的。很顯然，狀態的多元將會給計算帶來極大的變革。
?? 在許多現代技術裝備中，量子物理學的效應起了重要的作用。從激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫學圖像顯示裝置，都主要依靠了量子力學的原理和效應。對半導體的研究導致了二極管和三極管的發明，最后為現代的電子工業鋪平了道路。人在核武器的發明過程中，量子力學的概念也起了一個關鍵的作用。
?
2.2.3.量子力學與計算機
正如事實所表現的那樣，量子力學的結論都很容易被人看懂，那些經典的諸如薛定諤的貓的小故事也都是人所皆知的，量子力學的“玄”就在于量子力學結論的推論“玄”。
在經典力學中，位移，也就是兩點之間的一條有向線段，它是矢量或者說是是數學上的向量，如果它的兩端點不發生位移，那么這個位移不發生變化簡直是天經地義的。然而，如果仔細分析，不難發現在兩個確定的端點之間有無數條路徑，這并無與我們的常識相矛盾，因為我們的“兩點間線段最短”其一是在平面上，其二是這無數條路徑中的“經典方案”。
實際上普通的數字計算機在0和1的二進制系統上運行，稱為“比特”（bit）。但量子計算機要遠遠更為強大。它們可以在量子比特（qubit）上運算，可以計算0和1之間的數值。假想一個放置在磁場中的原子，它像陀螺一樣旋轉，于是它的旋轉軸可以不是向上指就是向下指。常識告訴我們：原子的旋轉可能向上也可能向下，但不可能同時都進行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態的總和，一個向上轉的原子和一個向下轉的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使用所有不可思議狀態的總和來描述。
想象一串原子排列在一個磁場中，以相同的方式旋轉。如果一束激光照射在這串原子上方，激光束會躍下這組原子，迅速翻轉一些原子的旋轉軸。通過測量進入的和離開的激光束的差異，我們已經完成了一次復雜的量子“計算”，涉及了許多自旋的快速移動。
從數學抽象上看，量子計算機執行以集合為基本運算單元的計算，普通計算機執行以元素為基本運算單元的計算（如果集合中只有一個元素，量子計算與經典計算沒有區別）。
以函數y=f(x)，x∈A為例。量子計算的輸入參數是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A)；經典計算的輸入參數是x，得到輸出值y，要多次計算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。
量子計算機有一個待解決的問題，即輸出值域B只能隨機取出一個有效值y。雖然通過將不希望的輸出導向空集的方法，已使輸出集B中的元素遠少于輸入集A中的元素，但當需要取出全部有效值時仍需要多次計算。
理論上來說，同樣是0~1的數值，半導體只有0或1（對應電路的關或開），而量子計算機則可以有至少40種不同狀態，而且完成這40狀態僅僅是在傳統的2次之間！
?
????????? （上圖為我對經典計算機下的“計算器程序”進行反編譯得到的）
?
?? ???????????（上圖為本人一個采用迭代法解決多元方程問題的源碼）
?
?????????? （? 上圖是我寫的一個用經典計算機遞推的例子）
查詢資料可得經典計算機具有如下特點：
? 其輸入態和輸出態都是傳統信號，用量子力學的語言來描述，也即是:其輸入態和輸出態都是某一力學量的本征態。如輸入二進制串行，用量子記號，即。所有的輸入態均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態：。
傳統計算機內部的每一步變換都演化為正交態，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，傳統計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。
相應于經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子比特（qubits））,量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的正變換。
???? 因此量子計算機的特點為:
一、????? 量子計算機的輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交；
二、????? 量子計算機中的變換為所有可能的正變換。得出輸出態之后，量子計算機對輸出態進行一定的測量，給出計算結果。
由此可見，量子計算對傳統計算作了極大的擴充，傳統計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質的特征為量子疊加性和量子相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當于一種經典計算，所有這些傳統計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子并行計算。
???? 換而言之，上最后一個圖實際上是利用了遞推，但經典計算機由于只能有兩種不同狀態所以必須將其全部算出。但換一種思路，由量子力學知道，到達一個質點的路徑不唯一，我們是否可以理解為：在重復的計算中，如果我們“早就知道最終結果，而其中的路徑只是必然需要經歷的”那么，我們是否就可以在已經嘗試過一次后，直接計算出答案？直接“計算”出答案，這應當是計算機的極限了吧？聽起來似乎像是不可能，但是從模糊數學的角度來看這就不足為奇了。舉個通俗的例子：你要去操場上找個人，你拿出那人的體重、腰圍、胸圍以至于皮帶手表的牌子向他人求助，別人未必會知道他，但如果你告訴別人他的體態、身形和顯著特色那么他就好找得多。同樣的思路，上面的遞歸經過一次運算，答案我是知道的，那么是否可以寫成：
?
如上圖所示，同樣的答案，如果換用這種思路，時間由19990ms縮短到20ms，這真是驚人啊！
又例如量子計算機可以更好地處理多線程問題。以下是我編寫的一個在經典計算機下的多線程運算程序。源碼如下
?
?
測試過程如下：
?
可見多線程運算的優勢不言而喻！
?
?
實際上，現在尖端領域的科學家已經實現線性方程組量子算法，由中國科學技術大學潘建偉院士領銜的量子光學和量子信息團隊的陸朝陽、劉乃樂研究小組，在國際上已經成功實現了用量子計算機求解線性方程組的實驗。線性方程組廣泛地應用于幾乎每一個科學和工程領域，包括數值計算、信號處理、經濟學和計算機科學等。比如與我們日常生活緊密相關的氣象預報，就需要建立并求解包含百萬變量的線性方程組，來實現對大氣中各種物理參數（溫度、氣壓、濕度等）的模擬和預測。而高準確度的氣象預報則需要求解具有海量數據的方程組，假使要求解一個億億億變量的方程組，即便是用現在世界上最快的超級計算機也至少需要幾百年。
2009年，美國麻省理工學院教授塞斯.羅伊德（Seth Lloyd）等提出了用于求解線性方程組的量子算法，認為借助量子計算的并行性帶來指數級的加速，將能遠遠超越現有經典計算機的速度。根據理論預計，求解一個億億億變量的線性方程組，利用GHz時鐘頻率的量子計算機將只需要10秒鐘的計算時間。這意味著一臺40位（這合經典計算機采用如16位、32位、64位來計算位次不同）的量子計算機能在較短的時間內完成1024位經典計算機耗時數十年完成的計算。
?
?
2.2.4.量子計算機的信號
?
在前面我講到了量子計算機的信號問題，
經典計算機采用稱之為邏輯電路的信號處理方式。邏輯電路是一種離散信號的傳遞和處理，以二進制為原理、實現數字信號邏輯運算和操作的電路。分組合邏輯電路和時序邏輯電路。前者由最基本的“與門”電路、“或門電路”和“非門”電路組成，其輸出值僅依賴于其輸入變量的當前值，與輸入變量的過去值無關—即不具記憶和存儲功能；后者也由上述基本邏輯門電路組成，但存在反饋回路—它的輸出值不僅依賴于輸入變量的當前值，也依賴于輸入變量的過去值。由于只分高、低電平，抗干擾力強，精度和保密性佳。廣泛應用于計算機、數字控制、通信、自動化和儀表等方面。最基本的有與電路、或電路和非電路。查詢資料可得邏輯電路具有以下特點：
??? 非門：利用內部結構，使輸入的電平變成相反的電平，高電平（1）變低電平（0），低電平（0）變高電
?
平（1）。
| A | B |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
? 與門：利用內部結構，使輸入兩個高電平（1），輸出高電平（1），不滿足有兩個高電平（1）則輸出低電平（0）。
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
? 或門：利用內部結構，使輸入至少一個輸入高電平（1），輸出高電平（1），不滿足有兩個低電（0）輸出高電勢（1）
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
? 與非門：利用內部結構，使輸入至多一個輸入高電平（1），輸出高電平（1），不滿足有兩個高電平（1）輸出高電平（1）。
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
? 或非門：利用內部結構，使輸入兩個輸入低電平（0），輸出高電平（1），不滿足有至少一個高電平（1）輸出高電平（1）。
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
? 異或門：當輸入端同時處于低電平（0）或高電平（1）時，輸出端輸出低電平（0），當輸入端一個為高電平（1），另一個為低電平時（0），輸出端輸出高電平（1）。
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
? 同或門：當輸入端同時輸入低電平（0）或高電平（1）時，輸出端輸出高電平（1），當輸入端一個為高電平（1），另一個為低電平時（0），輸出端輸出低電平（0）。
?
| A | B | C |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
由上述資料顯然易得，傳統的邏輯電路在二進制編碼下，的確有極大優勢，但倘若換在具有40多種狀態的量子計算機下，這不是簡潔，這是乏力。
?
?
??? （上圖為我正在工作的一顆CPU的信息）
（上兩張圖是INTER第四代智能CPU i7 4770k的信息，由于我沒有量子計算機，所以不能測評）
容易發現，即使是在做工如此好的情況下，單線程計算依然是考察一個機器性能核心標準，但誰又能保證僅靠邏輯電路就能處理得及時呢？誰又能保證ＡＬＵ（邏輯運算單元）如此可靠？這里談到另一個體現量子計算機優勢的項目，浮點運算。
當我們用不同的電腦計算圓周率時，會發現一臺電腦的計算較另一臺來講結果更加精確。或者我們在進行槍戰游戲的時候，當一粒子彈擊中墻壁時，墻上剝落下一塊墻皮，同樣的場面在一臺電腦上的表現可能會非常的呆板、做作；而在另外一臺電腦上就會非常生動形象，甚至與我們在現實中看到的所差無幾。這都是浮點運算能力的差異導致的。
如果是實數的話，就不是這樣了，機器有兩種辦法表示實數，一種是定點，就是小數點位置是固定的，一種是浮點，就是小數點位置不固定，計算方法也比較麻煩，通常會比整數運算代價大很多
FPU->Floating Point Unit，浮點運算部件
BCD->Binary Coded Decimal 壓縮的二進制數，是用4個位來表示數字0~9，一個byte表示兩個十進制數，比如01111001表示79
簡單來說，經典計算機中的實數都是以約數的形式來表示的，即浮點小數，在經典計算機中它是一個不確定的數，比如講實數 ２．１２３６５４７８９９Ｅ－０．０２轉換為字符串，您可能會看到０．０２１２３６４７９９９９就是這個道理。
然而量子計算機是通過量子分裂式、量子修補式來進行一系列的大規模高精確度的運算的。其浮點運算性能是經典計算機所無法比擬的，量子計算機大規模運算的方式其實就類似于普通電腦的批處理程序，其運算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂，再進行高速的量子修補，但是其精確度和速度也是經典計算機望塵莫及的。
這里有一個生物學上細胞分裂的例子：
?
如果就這樣發展下去，的確是令人振奮啊！
?
?
2.3 量子計算機現階段的研究
因本人調節限制，以下測試內容部分來自資料上。由于是英文網站，我借助翻譯軟件的翻譯可能一些曲解。
?
D-Wave系統“量子計算機看向更大，更昂貴，并且速度比常規的
?
D-Wave系統，加拿大啟動，最近啟動了一個定制的，價值數百萬美元，液態氦冷卻的電腦，它說，在量子力學奔跑的野獸。
然而，d波認為，它現在可以構建它們。它已經從投資者包括高盛和德豐杰提出了一些6500萬美元，招募來自谷歌和NASA的合作，積累了50項專利，并轉化其辦公室變成一個世界級的量子實驗室。
是薛定諤的貓真的出包？
要正確地看待事物，認為在量子計算中最著名的壯舉之一，是15號的保理（是的，這會是3倍5）。問題是，一個國家的最先進的今天的量子系統可以玩花樣只有少數量子比特，或在量子計算機的量子比特的信息，基本單位。而一個常規的位可以處于兩種狀態，0或1的一個，一個量子位可以是0，1，或0和1的疊加。通過鏈接和操縱量子比特，可以開展，以解決以更少的步驟問題，從而比普通電腦更快的量子算法。有了足夠的量子比特，幾百到幾千，量子計算機將能夠破解一些最難的代碼，搜索數據庫superquickly，并模擬復雜的量子系統，如生物分子。
“正因為如此，我非常懷疑的D-Wave的索賠，該公司已經生產了128量子比特的量子計算機，”他（ｄ波，筆者注）說，增加的達到10 000量子比特在這一點上是談話“的廣告炒作。”
安東尼·萊格特，一個物理學家在伊利諾伊大學厄巴納 - 尚佩恩分校和諾貝爾物理學獎得主說，d波已聲稱“沒有被普遍認為是屬實的社區。”
但是這一切都為真，說喬迪玫瑰，d波的共同創始人和首席技術官。“我們正在取得良好的進展，”他說，并解釋說，他們目前正在測試3個128量子比特系統，可在將它們用于研究機構的安裝。
D-Wave的系統使用與金屬鈮含約瑟夫森結兩超導體由絕緣體隔開的小環的芯片。當芯片被冷卻到非常低的溫度下，循環表現出量子特性周圍流動微小的電流，并且可以使用的方向來表示一個量子比特的狀態：逆時針為0，順時針為1，和電流兩種方式代表疊加的0和1。
D-Wave的超導量子比特并不是新的，和其他團體使用類似的設備。但是大多數群體正在試圖建立的量子邏輯門，使所有計算操作可以派生一個被稱為門模型-d波的做法采取了不同的方法，稱為絕熱量子計算。這里的要點是：你初始化量子比特的集合，它們的最低能量狀態。然后，您永遠那么溫和（或絕熱）打開量子位之間的相互作用，從而編碼量子算法。在結束時，量子位漂移到一個新的最低能態。那么你讀出的量子比特來得到結果。
有了足夠的量子比特，d波認為，它可以擊敗當今最好的逼近解決金融工程，物流，機器學習和生物信息學困難的優化問題的方法，無論是得到同樣的答案更快或得到一個更精確的解決方案。
（資料引用完）
實際上現在有如下量子計算機物理系統：
[1]液態核磁共振量子計算機（liquid-state NMR quantum computer）
[2]固態核磁共振量子計算機（silicon-based NMR quantum computer）
[3]離子陷阱（ion trap）
[4]量子光學（quantum optics）
[5]腔室量子電動力學（cavity QED）
[6]超導體方案
[7]拓撲量子計算（topological quantum computing）
[8]? 量子點（quantum dot）
但是這些結構（包括我上文提到的Ｄ－ＷＡＶＥ）都有一些缺陷：
正如前文提到的，量子計算性能極其優越，但現階段量子計算機的實用性處理并不好，而且其前景也并不好。例如目前的唯一商用量子計算機D-Wave One，在散熱方面亦有非常苛刻的要求，自啟動起其必須全程采用液氦散熱，以保證其在運行過程中足夠“冷靜”。D-Wave的處理器電路是由金屬鈮制成的，后者然后變成極低溫的超導體，這樣處理器的溫度可以低至零下273.15°。D-Wave處理器被封裝在一間屏蔽室內的柱狀冷庫里面，處理器外面還包裹了16層的屏蔽，可以阻止一切電磁干擾。而包含有量子位的處理器則是由耦合器連接的，外面是一圈可編程的磁存儲器。量子計算機被液氦冷凍在5mK(毫開)溫度下，也就是-273.145℃，只比絕對溫度-273.15℃高0.005℃，比星際空間還要冷。
當然了，這樣的產品自然不是一般老百姓可以消費的。據稱，一臺D-Wave One的售價高達1000萬美元，而且這個價格還未確定是否包括其中的液氦散熱系統。
不過當年電子計算機出現時，有電腦公司生成絕對不會有個人想要擁有電腦，顯然他錯了，因此我沒理由不相信不遠的將來隨著量子算法的進一步發展和人們對量子力學的深入研究，量子計算機將會做到真正的“桌面級”！當然，現階段量子計算除了在科技研究、物理研究和生命工程方面的應用外的確還有我們在生活中可以隨時接觸到的應用領域。
???
2.4量子計算機的“平民化”應用
正如我一開始所提到的，這是一個移動互聯的時代，現在的移動終端（譬如智能手機）在很多方面超越了上世紀的PC，當然隨著技術的發展這似乎合情理。但無論是ARM、X86、Inter架構，您有信心保證他能極其高效的發展起來嗎？我看來，移動應用是很完美，但是移動終端畢竟有著體積、功耗和散熱的限制。
?
??????????????????? （上圖為性能強勁的高通驍龍800處理器）
?
?????? (想在移動終端上進行如此大量的運算嗎？)
于是，“云計算”應運而生。
計算能力云計算（英語：Cloud Computing），是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備，主要是基于互聯網的相關服務地增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網，后來也用來表示互聯網和底層基礎設施的抽象。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務地交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關，也可是其他服務。它意味著計算也可作為一種商品通過互聯網進行流通。
上文中提到的D-Wave量子計算機實際上已經通過安全的網絡與局部地區連接起來，將“計算能力”作為商品來出賣，這意味著量子計算機的確已經運用于我們的生活。
我們知道2013年阿里巴巴集團的“阿里云”成為了繼Google、Facebook后的世界第三大云系統，并舉辦了云博會。
有關專家認為，云計算產業之所以能迅猛發展，是因為具有五大獨特優勢：在岸和離岸業務一起發展，不僅為本地信息化升級，更要參與分享世界性的“云蛋糕”；硬件與軟件一起發展，以數據中心為平臺，把增值服務的附加值最大化；集中布局的云數據中心能夠實現基礎設施共享和數據中心兼容，使得綜合成本降低20%；制度創新，實現保障國家信息安全和保護跨國公司數據隱私的“雙保”；實現存放數據的下單方、運行數據方和重慶多方共贏的可持續盈利模式。
?? 以“云計算”為基礎架構產品滿足了多樣化的需求，并能在此基礎上，幫助客戶（比如銀行、保險公司）實施他們的信息生命周期戰略，加強關鍵信息資產的安全性，利用其內容實現競爭優勢，自動化其數據中心操作，減少用電及碳排放量等等。并且能集中式處理使得管理和監控系統接入使內部安全風險達到最小化，有效提高了管理的安全性。內部沒有硬盤、軟驅、光驅等最易出故障的機械部件以及所有的應用程序的運行和存儲都在服務器進行，采用集中式管理幾乎不需對其進行維護與升級。
?? 以上論述了這么多關于“云計算”，就是為了表明由于經典計算機的限制，想要構建一個龐大的云系統很不容易。縱使量子計算機在短期內難以桌面化，但借助它強大的計算能力，我有這樣一個構想：
一個地區的用戶通過一定的協議（類似于無線網絡入網）與這一地區的量子計算機連接在一起，通過4G、WIFI（當然這些網絡方式顯然還不夠高效）來傳輸數據。屆時，移動終端將僅配置輸入輸出設備和必要的協處理器、CACHE、極速網絡模塊，這樣移動終端僅僅提供一個UI，所有的處理、運算和存儲都將交付給量子計算機來處理。想象一下，在不久后，您的移動終端將會更輕薄（移除了運算和儲存單元），而您可以隨意的在移動終端（譬如可穿戴設備——谷歌眼鏡）上享受游戲大作、渲染您的產品、在等公交車時構建您的多人實時工程。不僅如此，無論是電子交易還是您的私人信息都可以交付給您所在的地區的量子計算機來保管。這還會導致世界上小型工作室更多，志同道合的人雖相隔天涯海角，合作的時候再也不是簡單的文字、圖像和音頻視頻，而是真正能通過跨地區的量子計算機連接做到真正意義上的“合作”。
顯而易見，這門技術的發展還會還會給世界格局帶來不亞于前四次變革的影響。那些發展中或欠發達地區，可以在有關組織的協調下使用鄰近地區的量子計算機，從而給他們的生活帶來極大的便捷，這也必將必將使和平進一步發展。
?
?
（4G給量子計算帶來民用希望）
結??? 論
?正如我一開始的論述，這是一個移動互聯的時代，世界會因量子計算機及量子計算機算法發生改變的。它將在軍事到農業、生物、醫藥、物理、化學和經濟生活的各個領域引起改變，這種改變將是毋庸置疑的。但這里有個我們需要注意的：
???? ?改變我們的，不是科技，是未來！
?
????? 這是說，我們不應僅僅局限于理論，我們因不斷實踐來促進量子計算機的發展。
本人才疏學淺，受限于學識與條件，論文中多有疏漏還望指出！
二零一四年一月十二日
以下文獻多來自互聯網，其中多有外文網站，恕不一一注明。
1.http://www.baidu.com????????????????? 百度搜索
2.http://wikipedia.org??????????????????? wiki百科?
3.http://hi.baidu.com/chaobs???????????? Chaobs的空間
?
?
?
轉載于:https://www.cnblogs.com/Chaobs/p/3838458.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的量子计算机算法与应用研究论文（转载务必注明出处）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： python re
- 下一篇： 百度云服务器远程密码忘记,2020-11