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量子计算发展现状的研究与应用

（关亚琴11201131399276 西南大学）

摘要：本文对量子计算的最新研究方向进行了介绍，简述了量子计算和量子信息技术的重要应用领域。分析了量子计算机与经典计算机相比所具有的优点和目前制约量子计算机应用发展的主要因素，强调发展大规模的量子计算和实现强关联多系统的量子模拟，是当前量子计算的主流。文章主体部分主要介绍了量子计算机硬件研究方面的进展。最后展望了量子计算的未来发展趋势。

关键字：量子计算量子计算机量子算法

1引言 (3)

2量子计算的研究进程 (4)

3量子计算机的优势 (5)

4量子计算的应用 (5)

4.1 保密通信 (5)

4.2 量子算法 (5)

4.3 量子计算机技术发展 (6)

4.4 量子计算机的优点 (6)

4.4.1 存储量大、速度高 (6)

4.4.2 可以实现量子平行态 (6)

4.5 量子计算机发展现状和未来趋势 (6)

4.5.1 量子计算机实现的技术障碍 (6)

4.5.2 量子计算机的现状 (7)

4.5.3 量子计算机的未来 (7)

5制约量子计算机发展的因素 (7)

6结语 (7)

7参考文献: (8)

1引言

众所周知，信息科学在推动人类社会文明进步和提高人类生活方面发挥着重大作用,然而，在人类迈入二十一世纪的今天,信息科学也面临着新的挑战。经典计算机随着电子元器件发展空间接近于极限值，其运算速度也将接近于极限值。另外，计算机能否实现不可破译？不可窃听的保密通信？这些问题都是近年来数学家和电子技术方面的专家们关注的主要课题。如今，随着量子理论和信息科学的相结合，为这些问题的解开辟了新的方向，从而也使得量子计算机成为了当今科研方面研究的热题。

2量子计算的研究进程

量子力学从二十世纪二十年代诞生至今八十多年来取得了巨大的成功,尽管目前人们对量子力学理论的理解和解释存有各种不同的看法,但作为一个成功的物理理论,它的正确性是不可置疑的。量子计算机是利用“隧道效应”等已知的量子力学效应实现的超级并行计算机,最初量子计算机的概念起源于对可逆计算机的研究,主要是为了克服计算机中的能耗问题。Landauer最早考虑了计算机芯片发热限制计算机运行的速度。而Bennet证明,所有经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机,而不影响其计算能力。然而此时所谓的量子可逆计算机并非真正意义上的量子计算机,因为它并没有用到量子力学的迭加性和相干性等本质特性,而只是用量子力学方面的语言来描述经典计算机。由于量子计算机具有巨大的应用前景和市场潜力,使得量子计算机的发展开始进入了新的时代,各国政府和各大公司也纷纷制定了针对量子计算的一系列的研究开发计划。量子计算在20多年的研究发展过程中,取得了较大的进展。尤其是最近几年,实验室一级的科研成果不断涌现。目前,在有关量子计算与量子通信研究上处于领先水平的主要国家有美国、日本和西欧等国家,他们投入了大量的人力和物力,其研究成果在现实生活中越来越具有实际价值。我国在这方面也积极参与,《自然》杂志2004年发表了中国科技大学潘建伟教授等完成的重大研究成果。

3量子计算机的优势

量子计算机是服从量子力学规律的计算机,它可以支持新类型的量子算法。已经发现量子计算机可以在以下三个方面超出经典计算机。

1.指数加速。量子计算机可以运行量子算法以多项式时间解某些在经典计算机中非P类问题。其中最为著名的例子就是Shor分解大数质因子的量子算法。量子计算机有可能把NP问题转化为易解的P类问题。

2.非指数加速。己经发现一些量子算法使量子计算机比经典计算机可以快得多地求解某些问题,但这种加速不是把指数算法变成多项式算法,而只是把一个需要N 步的计算缩小为N步,例如Grover未整理数据搜索的量子算法。

3.“相对黑盒的”指数加速。计算机科学中的“黑盒”是指可以执行某种计算任务的一段程序。量子计算机中的“黑盒”是可以完成某种计算任务的一系列么正变换。在分析问题的计算复杂性时,它耗费的计算资源不包括在内。

4量子计算的应用

量子计算的应用主要在下面2个方面。

4.1保密通信

由于量子态具有事先不可确定的特性,而量子信息是用量子态编码的信息,同时量子信息满足“量子态不可完全克隆(No- Clon ing)定理”,也就是说当量子信息在量子信道上传输时,假如窃听者截获了用量子态表示的密钥,也不可能恢复原本的密钥信息,从而不能破译秘密信息。因此,在量子信道上可以实现量子信息的保密通信.目前,美国和英国已实现在46KM的光纤中进行点对点的量子密钥传送,而且美国还实现在1KM以远的自由空间传送量子密钥,瑞士则实现了在水底光缆传送量子密钥。此外,A. K. Pati等人利用量子力学的线性证明密码攻击者不能破坏量子信息传输的完整性。

经典密码体制的算法安全性主要是计算安全性，量子密码是以密码学和量子力学为基础，利用量子物理学方法实现密码思想的一种新型密码体制。由于量子密码系统是一个物理系统，它允许两方或多方在没有共享秘密信息的情况下通过公开信道建立共享密钥，其安全性基于海森堡测不准原理和量子不可克隆性等量子力学的基本原理，它保证了窃听者不可能在不破坏系统量子态的情况下进行窃听或获取信息，从而达到一种以公开的方法来实现无条件保密的效果。量子密码协议是量子密码的基础，论文首先对量子密码协议进行了改进，将传统的量子密钥分发过程扩展为七步，其重点在错误消除、估计Eve的信息和保密加强方面进行了阐述，同时给出相应的图表，明确从身份认证到最后加密消息的传送这一整个过程。

其次，基于现有多接入星型(MASM)量子网络、多接入控制总线(MACB)量子网络和原有的基于法拉第镜的Geneva小组的实验方案的分析，提出了基于Sagnac环的环型量子密钥网络，介绍了Sagnac环实现原理，此网络主要利用Sagnac效应，使用比较成熟的BB84协议，实现三对一链接结构，文章同时对这一结构的安全性和效率进行了分析。

最后，本文提出了一种新的量子身份认证的设计方案。不同于基本的共享信息型和共享纠缠型身份认证，它是把量子的纠缠态与经典密码结合起来，实现一种数字身份证，并给出具体数据，进行了实例分析，得出其安全性和效率结论，同时对量子身份认证的发展做出了展望，重点是要充分利用量子的物理特性，解决噪声和非法入侵问题。

4.2量子算法

对于一个足够大的整数,即使是用高性能超级并行计算机,要在现实的可接受的有限时间内,分解出它是由哪两个素数相乘的是一件十分困难的工作,所以多年来人们一直认为RSA密码系统在计算上是安全的。然而, Sho r博士的大整数素因子分解量子算法表明,在量子计算机上只要花费多项式的时间即可以接近于1的概率成功分解出任意的大整数,这使得RSA密码系统安全性极大地受到威胁。因此, Sho r算法的发现给量子计算机的研究注入新活力,并引发了量子计算研究的热潮。

4.3量子计算机技术发展

自1646年第一台电子计算机问世以来，其芯片发展速度日益加快。按照芯片的摩尔定律,其集成度在不久的将来有望达到原子分子量级。在享受计算机飞速发展带来的种种便利的同时，我们也不得不面临一个瓶颈问题，即根据量子力学理论，在芯片发展到微观集成的时候，量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。因此，量子力学对计算机技术发展具有决定性作用。

4.4量子计算机的优点

近年来的种种试验表明，量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知，以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在。

4.4.1存储量大、速度高

经典计算机由0或1的二进制数据位存储数据，而量子计算机可以用自旋或者二能级态构造量子计算机中的数据位，即量子位。不同于经典计算机在0与1之间必取其一，量子位可以是0或者1,也可以是0和l的迭加态。因此，量子计算机的n个量子位可以同时存储2n个数据,远高于经典计算机的单个存储能力;另一方面量子计算机可以同时进行多个读取和计算，远优于经典计算机的单次计算能力。量子计算机的存储读取特性使其具有存储量大、读取计算速度高的优点。

4.4.2可以实现量子平行态

由量子力学原理可知,如果体系的波函数不能是构成该体系的粒子的波函数的乘积,则该体系的状态就处在一个纠缠态,即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。而量子纠缠态之间的关联效应不受任何局域性假设限制，这使两个处在纠缠态的粒子而言，不管它们离开有多么遥远,对其中一个粒子进行作用,必然会同时影响到另外一个粒子.正是由于量子纠缠态之间的神奇的关联效应,使得量子计算机可以利用纠缠机制，实现量子平行算法,从而可以大大减少操作次数。

4.5量子计算机发展现状和未来趋势

4.5.1量子计算机实现的技术障碍

到目前为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机，它的实现还有许多技术上的问题。量子计算机的优越性主要体现在量子迭加态的关联效应.然而,环境对迭加态的影响以及迭加态之间的相互作用会使这种关联效应减弱甚至丧失,即量子力学去相干效应.因此应尽量减少环境对量子态的作用。同时,万一由于相干效应引入了错误信息,必需能及时改正，这需要进一步的研究和实验。

另一方面，量子态不能复制，使得不能把经典计算机中很完善的纠错方法直

接移植到量子计算机中来.由于量子计算机在计算过程中不能对量子态测量,因为这种测量会改变量子态,而且这种改变是不可恢复的，因此在纠错方面存在很多问题。

4.5.2量子计算机的现状

由于上述两种原因，现在还无法确定未来的量子计算机究竟是什么样的,目前科学家门提出了几种方案.第一种方案是核磁共振计算机.其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0和1两种状态，重点在于实现自旋状态的控制非操作，优点在于尽可能保证了量子态和环境的较好隔离。第二种方案是离子阱计算机.其原理是将一系列自旋为1/2的冷离子被禁锢在线性量子势阱里,组成一个相对稳定的绝热系统，重点在于由激光来实现自旋翻转的控制非操作其优点在于极度减弱了去相干效应,而且很容易在任意离子之间实现n位量子门。第三种方案是硅基半导体量子计算机.其原理是在高纯度硅中掺杂自旋为1/2的离子实现存储信息的量子位,重点在于用绝缘物质实现量子态的隔绝，其优点在于可以利用现代高效的半导体技术。此外还有线性光学方案,腔量子动力学方案等.

4.5.3量子计算机的未来

随着现代科学技术的发展，量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21世纪科学技术的最重要的目标之一。

5制约量子计算机发展的因素

目前,量子计算机的应用尚处于起步阶段,制约量子计算机应用发展的主要因素有:①受环境的影响,量子算法所需的相干性和量子干涉效应非常脆弱,非常容易出错,并且随着机器规模的增大,计算的可靠性急剧下降,使制造规模大的量子计算机变得十分困难。②目前,量子器件最多只能做到7个量子位,同时也没有一种可扩充性的技术。正如Bennett教授所说,“现在的量子计算机只是一个玩具,真正做到有实用价值的也许是5年, 10年,甚至是50年以后。③寻找一种能存储“量子比特”的物理载体手段很难,目前大都利用原子的自旋轴或者它的能级来存储量子比特。④成功有效的量子算法有限,目前比较好算法是: Shor算法和Grover 算法,我们还需要更多能解决实际重大问题的量子算法,以证明在哪些问题上量子计算机的确比传统计算机要优越。

6结语

本文的创新点在于对量子计算的研究进程、量子计算机相对于经典计算机的优势、量子计算机的应用和制约量子计算机应用发展的主要因素进行了比较全面的综述,这对于刚刚接触量子方面的研究工作者具有很好的参考价值。总之,实现量子计算只是时间的问题,从目前的发展速度来看,我们完全有理由相信,在不久的将来,量子通信和量子计算机在技术上将出现实用化的前景,量子计算机一定会成为现实。

参考文献:

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[5]DeutschD. Quantum theory, theChruch-Turing principle and theuniversal quantum computer [6] . Proc R Soc, 1985, (400) : 97. 368

[7]胡连荣.速度惊人的量子计算机[J].知识就是力量

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心内刊.

[10]朱迅.量子计算机[J].三思科学.

[11]张同民.量子计算机原理简介[J].黑龙江科技信息.

量子计算在智能金融发展中的应用前景分析

摘要：智能金融发展迅速。大数据是支持人工智能发展的基础，但随着全球数据体量的爆炸式增长，以及摩尔定律趋于失效，经典计算资源的算力瓶颈问题逐渐显露。而量子计算具有远超经典计算资源的计算能力，能够提升金融服务的智能化水平和响应速度，缩小计算设备的体积，节省能耗，在金融业的应用前景可期，但也任重道远。基于此，本文提出如下建议：一是持续跟踪和支持量子计算技术的发展；二是推动建立量子人工智能商业化研究机制；三是参与量子人工智能技术的研究和攻关。关键词：量子计算；智能金融；人工智能；机器学习；金融业当前，我国经济发展已进入新旧动能转换的攻坚期。金融业的基础框架和生态体系也正经历着全面深刻的变革，人工智能技术成为金融业经营模式转型的重要工具。2017年，国务院颁布《新一代人工智能发展规划》，明确提出要加快推进金融业智能化升级，建立金融大数据系统，创新智能金融产品服务，鼓励智能客服、智能风控等技术的广泛应用。然而，和其他新生事物一样，金融业的智能化发展不可能一帆风顺。数据体量增长、研发能力不足、技术风险增加、监管制度滞后等因素，都是我国金融业智能化发展必须面对的困难和挑战。其中，计算能力不足将成为最难克服的障碍之一。数据的爆炸式增长提升了对计算资源的要求，而摩尔定律趋于失效又使得经典计算的算力难以突破，计算资源成为大数据应用的瓶颈。近年来，全球量子信息技术发展迅速，量子计算成为各国竞争的热点领域，并逐步被推向市场，一场“量子霸权”之争呼之欲出。量子计算具有强大的计算能力，能够突破经典计算的极限，在包括金融业在内的许多领域，均具有广泛的应用前景。本文将就量子计算在智能金融发展中的价值、需要克服的困难，以及如何推进量子计算在金融业的应用展开探讨。一、智能金融发展的现状、趋势与技术机制尽管人工智能概念已提出半个多世纪，但其真正蓬勃发展是在2011年以后。随着大数据、云计算和互联网等信息技术的发展，泛在感知数据和GPU 等推动以深度神经网络为代表的人工智能技术快速发展，让人工智能得以广泛投入各类应用

量子计算机的发展现状与趋势_王建锋

高教论坛量子计算机的发展现状与趋势王建锋（郑州大学体育学院体育教育系，河南郑州450000）量子信息科学引入后，重新对计算、信息编码与处理进行了诠释。作为一门高效处理信息的学科，量子信息体现了科技的进步。该学科融入了多个学科，包括信息科学、物理学，以及材料学。因此，与传统的计算相比，也具有更强大的生命力。可以看出，自从应用量子信息科学后，使计算机的更加安全，并且提高了通信的质量。尽管量子计算机尚在初步发展阶段，但是该学科具有很大的发展潜力。因此，对量子计算机的发展现状与趋势进行探讨非常有必要。１量子计算机的发展现状１．１研究概况（１）拓扑量子计算。拓扑量子计算方案由一位数学物理学家提出。根据拓扑量子不受扰动的特点，完成量子计算机的构造。在此基础上，进行容错量子的计算。当前，该计算已经引起了国内外的重视。世界上很多大学已经开始了理论与实验方面的研究。在进行拓扑量子计算时，每个子都有几下几个特点。第一，有很多准例子，分为不同的类型，其作用是进行信息的初始化。第二，当每个子进行交换时，只要满足辫群规则，就能实现拓扑量子门。然后，完成信息的处理。第三，在拓扑量子计算中，不用考虑环境影响的因素。所以，保证了处理的准确性。当前，美国已经根据相关研究，成功建立了基本的量子位。（２）单向量子计算。单向量子是一种新的途径。该计算采用了量子的纠缠态、经典通信，以及局域操作，来传递非局域作用，继而实现等价的非局域哈密顿量功能。所以，成功建立了一种高度纠缠的状态。该状态被称为图态。利用相邻的量子比特进行ＬＯＣＣ过程，可以完成出发端量子比特的逻辑门操作。根据以上原理，有助于完成电路的设计。可以看出，如何高效的转换量子比特数目图态是其模型计算的难点。（３）绝热量子计算。绝热量子计算的核心思想是：依靠绝热演化的性能，来等效实现量子玄正的变换。当表现为绝对零度时，系统则处于初始状态。此时，如果不存在能级交叉的现象，那么在理论上来将，系统就会保持基态。但是，在系统演化前后，基态就存在玄正变换的关系。在这种情况下，则可以根据绝热的过程，来实现量子计算。以上方案既有优点，也有缺陷。其优点在于保证系统处于基态。其缺陷为能隙缩小，延长了绝热演化的时间。针对以上问题，采用量子仿真技术就可以解决。该技术的应用，促进了科技的快速发展。１．２实验进展（１）量子点体系。量子点体系是在微加工方法的基础上，利用半导体二维电子气，然后成功研制出单电子晶体管。该体系符合量子力学规律，代表了未来量子计算机发展的方向。近年来，国际上多个单位通过研究，在这方面取得了很大进展。研究表明，当半导体量子点具备一定条件后，就可以作为量子芯片。尽管如此，量子芯片在应用的过程中，还存在很大的问题，比如受到周边环境影响较大。鉴于此，在未来的研究中，必须加大力度。（２）超导量子电路。该量子计算的核心是Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ。根据不同的表征量子比特，将其分为三个类型，分贝是电荷、相位，以及磁通。研究表明，该量子电路的特点包括以下两个方面。一方面，利用量子电路结构，能够完成电路的设计、制定。同时，也可以完成对磁通信号的调整、控制。另一方面，根据当前的微电子制造工艺，提高了该量子电路的拓展性。（３）离子阱体系。离子阱体系诞生后，首先实现了量子计算。当前，经过不断的研究，该体系已经在实验方面，取得了很大的进展，其水平非常高。近年来，主要的研究方向为：提高量子操控的单元技术、体系的拓展等。调查显示，美国已经启动了相关的计划，预计能够取得更大的研究成果。２量子计算机的发展趋势近年来，美国实施了研究量子芯片的计划。该计划是时候，不仅推动了量子计算机的研究，而且加大了竞争。随着半导体芯片的快速发展，其晶体管的尺寸也不断减少。目前，与单位流感病毒的大小差不多。其次，晶体管的数目也逐渐减少，量子效应不断增强。在传统模式下，能够达到控制电子的物理极限。当单位晶体管只能容纳一个电子时，也必然满足量子学的规律。可以看出，芯片在发展的过程中，很大程度上依赖于新一代的量子力学计算芯片。随着半导体微电子技术被突破后，就出现了量子芯片。美国竞争力计划推行后，代表了量子芯片的实际应用。由于量子芯片与国家安全、产业安全息息相关，美国相关负责人已经将芯片科技提到重要战略位置。受美国的影响，日本、欧共体等也启动了相关的计划，引发了新的计算机技术竞争。目前，在新的发展形势下，给我国电子个工业也带来了机遇和挑战。因此，我们必须抓住机遇，稳步推行量子调控计划。只有这样，才能在未来不受制于人，实现信息技术的革新。调查显示，近年来，通过不懈的努力，我国已经加快了量子信息技术的发展，并取得了很大成绩。表现为：在多光子纠缠、量子密码技术方面，取得了很大的进展和突破。但是，与西方国家相比，我国的研究基础还很薄弱，缺乏原创性的成果，总体水平还不高。特别是在量子计算机学科主流方向上，与西方国家存在很大的差距。鉴于此，我国需要迫切开展更富有挑战性的量子计算机计划，同时不断壮大科研队伍，保证技术方面的支撑。只有加强基础建设，才能实现新一轮的突破，在国际竞争中抢占制高点。随着社会、经济的快速发展，量子计算机以强大的计算能力，得到了广泛的应用。可以看出，在未来的发展中，量子计算机必然在世界领域内，占有一席之地。尽管如此，该体系在运作的过程中，依然存在很多问题。因此，世界各国需要加大研究的力度，不断创新技术，完善体系，以此来获得更大的研究成果。参考文献 [1]邹奕成，毛杰.量子计算机的发展[J].科教导刊：电子版，2016（24）：131-131.[2]刘超，梁丽，徐亮.计算机的发展趋势分析[J].产业与科技论坛，2013，12（2）：91-92.[3]潘斌辉，孔外平.量子计算机的发展现状与趋势[J].中国科学院院刊，2010，25（5）：4-8.[4]马宏源，李伟.量子计算机的研究与发展[J].北京电力高等专科学校学报：社会科学版，2010，27. 作者简介：王建锋（1974-），男，汉族，籍贯：河南省登封市大金店镇金东村，学士学位，讲师，研究方向：计算机。摘要：与传统的计算工具相比，量子计算机更加先进。应用该工具后，在处理数据上发挥了更强大的功能，解决了以往比较困难的数学问题。基于此，引起了世界各国的重视。本文结合实际的工作经验，对量子计算机的发展现状进行了分析。然后，提出了在未来的时代中，量子计算机的发展趋势。关键词：量子计算机；发展；现状；趋势；分析５７··

量子信息与量子计算课程论文

半导体量子点的电子自旋相干和自旋操控摘要:现在各国科学家都在努力希望实现量子计算机，而量子计算机需要一些重要的量子性质，其一是“量子相干性”。该文介绍了量子相干性，并简略介绍了半导体量子点中的电子的自旋相干性，简要探讨半导体量子点的电子自旋操控的方法关键词：量子点自旋相干自旋调控一﹑量子相干性量子相干性，或者说“态之间的关联性”。其一是爱因斯坦和其合作者在1935年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的：高能加速器中，由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行，在没有人观测时，两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时，如果观测到电子处于向右自旋的状态，那么正电子就一定处于向左自旋的状态。这是因为，正电子和电子本是通过能量无中生有而来，必须遵守守恒定律。这也就是说，“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”的状态是相关联的，称作“量子相干性”。这种相干性只有用量子理论才能说明。要在量子计算机中实现高效率的并行运算，就要用到量子相干性。彼此有关的量子比特串列，会作为一个整体动作。因此，只要对一个量子比特进行处理，影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。这一特点，正是量子计算机能够进行高速运算的关键。二﹑半导体量子点中的电子的自旋相干性

半导体中的电子电荷相干态已经由超快脉冲激光光谱进行了广泛的研究。强的激光脉冲在半导体中产生了大量的电子和空穴,它们的动力学过程大致可分成3 个阶段: (1) 无碰撞或相干阶段。在这个阶段内,电子和空穴与光场之间产生了一个相干的耦合振荡,导致了材料极化强度的振荡,类似于二能级系统的拉比跳跃。 (2) 位相弛豫阶段。在这个阶段内,电子和空穴都失去了它们的位相相干性,类似于二能级系统的退相弛豫。 (3) 准热平衡阶段。由于电子- 声子相互作用,电子和空穴将能量传递给声子(晶格) ,它们分别弛豫到导带和价带的顶部,形成准平衡状态。利用不同延迟时间的泵- 探束瞬态吸收光谱可以测量半导体中的退相弛豫时间。图1 是GaAs 三个激发载流子浓度下瞬态差分透射系数ΔT作为延迟时间的函数。由图1 可见,有两个衰减过程;一个是快过程,另一个是慢过程。前者对应于位相弛豫,后者对应于准热平衡弛豫。实验测得GaAs中的位相弛豫时间分别为30 ,19 ,13fs ,对应于由小到大三个载流子浓度。这个位相弛豫时间是较小的,主要是由电子的谷间散射引起的。

量子程序设计研究进展

量子程序设计研究进展丁圣超 2005年10月11日 0引言正式量子计算的研究应该认为从1982年R. Feynman的论文《Simulating Physics with Computers》[1]开始，在这篇开创性的论文中，Feynman认为构造基于量子机制的计算机可能能够有效模拟量子系统或其他物理系统，而这种模拟对于传统计算机来说是相当困难的。在1985年，Deutsch[2]讨论了量子计算机可能的计算能力，并相对于经典图灵机提出了量子图灵机(Quantum Turing Machine, QTM)的概念。随后，在20世纪90年代中期，发现了Shor[3]量子因子分解算法和Grover[4]量子搜索算法，这两类算法展示了量子计算从根本上超越经典计算机计算能力和在信息处理方面的巨大潜力。与此同时，量子计算机和量子信息处理装置的物理实现的研究，成为继并行计算、生物计算之后的又一研究热点。另一量子计算研究领域的热点是量子密码技术，但不是我们感兴趣的。这里关注的是量子程序设计的相关技术的研究。一般认为，量子计算的几个基本要求是[5]：鲁棒地表示量子信息完成酉变换的通用性族制备基准初态测量输出结果事实上，目前量子计算机的物理实现相当有限，最多的是IBM在实验室实现的7个量子位的量子设备。然而，对于量子程序设计的前瞻性研究还是很有必要的，至少这样做可以摆脱缺乏严格的理论基础的尴尬，在传统计算机上的程序设计就曾广泛存在这样的问题。我认为量子程序设计的相关研究领域可以大致分为如下几个方面：量子计算机体系结构量子程序设计语言的研究语法语义的研究量子程序编译量子计算模拟而且这些方面彼此之间有关联，或是有部分重叠。 1 量子计算机体系结构 1.1 QRAM(Quantum Random Access Machine) 由Knill[6]提出，在这篇论文中作者没有给出QRAM形式化的定义，但是作者指出QRAM是一种主从式机器，应由量子寄存器组成，由传统计算机进行的传统计算，对量子计算进行预处理，并控制量子寄存器的状态演化，最后获得量子系统的测量结果，而且该机器具有在量子寄存器上进行状态制备、酉转换和测量等量子操作的能力。 1.2 SQRAM(Sequential Quantum Random Access Machine) [7]在QRAM的基础上提出了一种量子计算SQRAM体系结构。这种结构是一个传统计算机和量子计算机的混合体。作者描述了一个合适的指令集，实现了量子门的一个通用集，

量子计算的发展

量子计算的发展摘要：量子计算是量子力学的新进展,它是一种和传统的计算方式迥然不同的新型计算.其概念是全新的,它将使计算技术进入一种前所未有的新境界。对于某些问题,量子计算机可以达到常规计算机不能达到的解题速度.量子计算机可以解决常规计算机不能解决的某些问题量子计算由于其强大的并行计算能力和可以有效的模拟量子行为的能力而日益受到人们的关注。本文介绍了量子计算的含义及其基本原理，以及对于未来量子计算的发展前景。关键词：量子计算；量子计算机；量子位

目录引言 (1) 1 2 2 3 3 2.1量子叠加性 (3) 4 3.量子计算的发展 (5) 5 3.2发展前景 (5)

量子计算的发展引言自MaxPlanck在1900年提出量子假说以来,量子力学给人类生活带来翻天覆地的变化,改变了经典物理学对世界的认知方式。量子计算和量子计算机概念起源于著名物理学家Feynman，是他在1982年研究用经典计算机模拟量子力学系统时提出的。1985年Deutsch提出第一个量子计算模型即图灵机，量子计算才开始具备了数学的基本型式。由此,量子计算迅速吸引了全世界研究者的注意并成为一门具有巨大潜力的新学科。 1. 基本概念 1.1量子计算量子计算是应用量子力学原理来进行有效计算的新颖计算模式,它利用量子叠加性、纠缠性和量子的相干性实现量子的并行计算。量子计算从本质上改变了传统的计算理念。 1.2.量子计算机量子计算机是实现量子计算的机器。作为其核心器件的量子计算机是个由许许多多量子处理器构成的多体量子体系,每个量子处理器是个两态量子系统。基于量子叠加性原理,采用合适量子算法可以加快某些函数的运算速度,如Shor量子并行算法可以将“大数因子分解”这个电子计算机上指数复杂度的难题变成多项复杂度的“易解”问题,从而可攻破现有广泛使用的公钥RSA等体系。