有人知道什么是“量子计算”吗？

Question

在物理学中，它是指粒子在特定时间点以多个/并行的动态状态存在的能力。在计算中，是指数据位同时等于1或0的能力，是像NULLunknown这样的第三个值，还是多个值？如何将这项技术应用于:计算机处理器、编程、安全等？有没有人建造过实用的量子计算机或开发了量子编程语言，例如，程序代码动态变化或自主的？

Answer 1

我在量子计算方面做过研究，我希望这是一个明智的答案。

人们经常说，你在量子计算机中看到的量子比特可以存在于0和1的“叠加”中。这是真的，但以一种比你最初猜测的更微妙的方式。即使对于具有随机性的经典计算机，一个比特也可以存在于0和1的叠加中，在某种意义上，它是具有某种概率的0，具有某种概率的1。就像当你掷骰子而不看结果，或者收到你还没有读过的电子邮件一样，你可以把它的状态看作是可能性的叠加。现在，这听起来可能只是一种浮云，但事实是，这种类型的叠加是一种并行，利用它的算法可以比其他算法更快。这被称为随机化计算，而不是叠加，你可以说比特处于概率状态。

这与量子比特之间的区别在于，一个量子比特可以有一组可能的叠加，具有更多的性质。普通比特的概率状态集是一个线段，因为所有的概率都是0或1。量子比特的状态集是一个圆形的三维球。现在，概率位串比单个概率位更复杂、更有趣，量子位串也是如此。如果你能做这样的量子比特，那么实际上一些计算任务不会比以前更容易，就像随机算法并不能帮助解决所有问题一样。但是一些计算问题，例如分解数字，有了新的量子算法，比任何已知的经典算法都要快得多。这不是时钟速度或摩尔定律的问题，因为第一批有用的量子比特可能相当慢和昂贵。它只是一种并行计算，就像一个随机选择的算法只是在弱意义上并行地做出所有选择一样。但它是“类固醇上的随机算法”；这是我对局外人最喜欢的总结。

现在有个坏消息。为了让一个经典比特处于叠加状态，它是一个随机选择，对你来说是秘密的。一旦你看一枚抛出的硬币，硬币肯定会“崩溃”成正面或反面。这与量子比特之间的区别在于，为了让量子比特作为一个整体工作，它的状态必须对物理宇宙的其余部分保密，而不仅仅是对你。另一方面，为了让量子比特对量子计算机有用，必须有一种方法来操纵它们，同时将它们的状态保密。否则，它的量子随机性或量子相干性就会被破坏。制作量子比特一点都不容易，但这是例行公事。制造你可以用量子门操作的量子比特，而不向物理环境揭示其中的内容，是非常困难的。

除了在非常有限的玩具演示中，人们不知道如何做到这一点。但如果他们能做得足够好来制造量子计算机，那么对这些计算机来说，一些困难的计算问题就会容易得多。其他的则一点也不容易，而且很大程度上是未知的，哪些可以加速，可以加速多少。它肯定会对密码学产生各种影响；它将打破广泛使用的公钥密码学形式。但是已经提出了其他类型的公钥密码术，这可能是可以的。此外，量子计算与量子密钥分发技术有关，量子密钥分发技术看起来非常安全，而秘密密钥密码学几乎肯定仍然相当安全。

Answer 2

使用“量子”计算一词的另一个因素是“纠缠对”。从本质上讲，如果你能创造出一对纠缠的粒子，它们具有物理上的“自旋”，量子物理学就决定了每个电子上的自旋总是相反的。

如果你能创建一个纠缠对，然后将它们分开，你就可以通过改变其中一个粒子的自旋，使用该设备传输数据，而不会被拦截。然后，你可以创建一个信号，它由粒子的信息调制，理论上是牢不可破的，因为你不能通过截获两个信号点之间的信息来知道粒子在任何给定时间的自旋。

很多非常感兴趣的组织都在研究这种安全通信的技术。

Answer 3

是的，有量子加密，如果有人试图监视你的通信，它会破坏数据流，这样他们和你都无法读取它。

然而，量子计算的真正力量在于，一个量子比特可以有0和1的叠加。但是，如果你有8个量子比特，你现在可以表示从0到255的所有整数的叠加。这让你可以在多项式而不是指数时间内做一些相当有趣的事情。大数的因式分解(IE、破解RSA等)就是其中之一。