量子计算研究进展PPT课件
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量子计算-超导国家重点室44页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基Biblioteka 谢谢！量子计算-超导国家重点室
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
《量子计算机简介》课件
展望量子计算机在各个领域中可能取得的突破，探讨其对社会、经济和科学 的影响，以及面临的挑战和解决方案。
总结
简要回顾和总结量子计算机的概述，突出其对未来的影响，并展望其发展趋势，促使观众对未来的前景产生兴 趣和思考。
量子计算机的应用
揭示化学模拟、优化问题求解以及密码学等领域中，量子计算机的潜在应用， 展现它们能够带来的突破性变革。
当前量子计算机的现状
介绍Google、IBM、Alibaba等公司在量子计算机研究方面的进展，以及中国量 子卫星和量子实验室的引领地位，同时探讨量子通信的发展。
量子计算机的未来展望
《量子计算机简介》
欢迎来到《量子计算机简介》PPT课件。在本次课程中，我们将深入探索令人 兴奋的量子计算机世界，揭示其巨大的潜力和应用。
什么是量子计算机？
了解传统计算机与量子计算机的区别，介绍量子比特（qubit）的概念，以及量子计算机在信息处理上的独特 之处。
为什么需要量子计算机？
探讨传统计算机ห้องสมุดไป่ตู้临的瓶颈，并展示量子计算机的优势，如量子并行性和量子纠错技术，以解决当前计算问题 的限制。
总结
简要回顾和总结量子计算机的概述，突出其对未来的影响，并展望其发展趋势，促使观众对未来的前景产生兴 趣和思考。
量子计算机的应用
揭示化学模拟、优化问题求解以及密码学等领域中，量子计算机的潜在应用， 展现它们能够带来的突破性变革。
当前量子计算机的现状
介绍Google、IBM、Alibaba等公司在量子计算机研究方面的进展，以及中国量 子卫星和量子实验室的引领地位，同时探讨量子通信的发展。
量子计算机的未来展望
《量子计算机简介》
欢迎来到《量子计算机简介》PPT课件。在本次课程中，我们将深入探索令人 兴奋的量子计算机世界，揭示其巨大的潜力和应用。
什么是量子计算机？
了解传统计算机与量子计算机的区别，介绍量子比特（qubit）的概念，以及量子计算机在信息处理上的独特 之处。
为什么需要量子计算机？
探讨传统计算机ห้องสมุดไป่ตู้临的瓶颈，并展示量子计算机的优势，如量子并行性和量子纠错技术，以解决当前计算问题 的限制。
量子计算机介绍(PPT)
大数据优化与搜索
组合优化
利用量子计算机的并行计算能力， 解决复杂的组合优化问题，如旅
行商问题、背包问题等。
数据库搜索
加速数据库搜索过程，提高数据 检索效率。
图像处理与识别
应用于图像处理和识别领域，提 高图像处理的准确性和效率。
人工智能与机器学习
量子神经网络
构建量子神经网络模型，用于解决复杂的模式识 别和分类问题。
PART 02
量子计算原理
REPORTING
WENKU DESIGN
量子比特
量子比特定义
量子比特是量子计算的基本单元，与 传统计算机中的比特类似，但具有叠 加态和纠缠态等特性。
叠加态
纠缠态
当两个或多个量子比特发生相互作用时，它 们会形成一种纠缠态，其中一个量子比特的 状态变化会立即影响到其他量子比特的状态 。
优点
精度高，可长时间保持相干性，可扩展性强。
应用
主要用于科研和量子模拟等领域。
光量子计算机
原理
利用光子作为量子比特，通过光学元 件（如分束器、反射镜等）实现量子 操作。
优点
速度快，并行度高，可扩展性强。
缺点
难以实现长时间存储和精确控制。
应用
主要用于通信、密码学、优化等领域。
PART 04
量子计算机软件与编程
Microsoft Azure Quantum
微软提供的量子计算云平台，支持多种量子编程语言和开 发工具，用户可通过云平台进行量子算法的开发和测试。
Google Quantum AI
Google提供的量子计算云平台，用户可通过云平台访问 Google的量子计算机，并使用Google开发的量子编程语 言和工具进行开发。
l量子计算与量子信息。ppt
• • 量子中继 量子隐形传态
量子纠缠的度量
• 我们说，一个可分态的纠缠度为0，对于 非可分态，则需要一个合适的量来度量其 纠缠度的大小。基于不同的考虑，纠缠度 量有很多种，它们都必须满足：对可分态， 其纠缠度为零；在局部幺正变换(LUT)下， 纠缠度不变；而在一般局部操作（LOCC） 下，纠缠度不增加。并发度（Concurrence） 就是一种很好的纠缠度量。
Solid line: our lower bound Dashed line: lower bound by PPT Dashed-dotted line: lower bound by realignment axis: lower bound by Breuer
X.S. Li, X.H. Gao and S.M. Fei, Phys. Rev. A 83 (2011) 034303
Quantum entanglement: Concurrence
Bipartite state
Multipartite state
Lower Bound for Concurrence
Uhlmann 2000, Rungta et al, Albeverio and Fei 2001
K. Chen, S. Albeverio, S.M. Fei, Phys. Rev. Lett. 95(2005)040504
Lower bound of concurrence based on positive maps Authors:Xiao-Sheng Li, Xiu-Hong Gao,Shao-Ming Fei 2011.7.15
量子计算和量子信息
《国家中长期科学和技术发展规划 纲要（2006-2020）》中基础性前沿研 究方面的四项重大科学计划之一
量子纠缠的度量
• 我们说，一个可分态的纠缠度为0，对于 非可分态，则需要一个合适的量来度量其 纠缠度的大小。基于不同的考虑，纠缠度 量有很多种，它们都必须满足：对可分态， 其纠缠度为零；在局部幺正变换(LUT)下， 纠缠度不变；而在一般局部操作（LOCC） 下，纠缠度不增加。并发度（Concurrence） 就是一种很好的纠缠度量。
Solid line: our lower bound Dashed line: lower bound by PPT Dashed-dotted line: lower bound by realignment axis: lower bound by Breuer
X.S. Li, X.H. Gao and S.M. Fei, Phys. Rev. A 83 (2011) 034303
Quantum entanglement: Concurrence
Bipartite state
Multipartite state
Lower Bound for Concurrence
Uhlmann 2000, Rungta et al, Albeverio and Fei 2001
K. Chen, S. Albeverio, S.M. Fei, Phys. Rev. Lett. 95(2005)040504
Lower bound of concurrence based on positive maps Authors:Xiao-Sheng Li, Xiu-Hong Gao,Shao-Ming Fei 2011.7.15
量子计算和量子信息
《国家中长期科学和技术发展规划 纲要（2006-2020）》中基础性前沿研 究方面的四项重大科学计划之一
《大话量子计算机》PPT课件
图a
5
单粒子干涉
在一个类似图a的试验中，光子被射向半面镀银 的镜子，通过接收器显示出的信号（如果一个接 收器有信号，那么其它就没有信号）证实了光子 是不可分的。根据这个现象，人们可能认为光子 的传播路径或者是垂直，或者是平行，并且随机 的在两种路径之中选择一个。但是，量子动力学 认为光子的传播实际上是同时沿两个方向进行的， 而不是像试验a中所示选择其中一种。这种现象， 被叫做单粒子干涉。
大话量子计算机
制作人： 巫扬坚 邢俊波 杨智
0310342 0310344 0310346
1
什么是量子计算机？
在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也 叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个 一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量 子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。 qubit不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定存在，而且 也能在相应于这些传统位的混合或重叠状态存在。换句话说，qubit 能作为单个的0或1存在，也可以同时既作为0也作为1，而且用数字系 数代表了每种状态的可能性。这种现象看起来和人的直觉不符，因为 在人类的日常生活中发生的现象遵循的是传统物理规律，而不是量子6 量子计算机的威力和巨大潜力（1）
利用量子重叠解决问题要快的多，例如，一个500qubit的系统，这是 传统计算机无法模拟的，这个系统代表了2500个量子重叠态。每一个 状态都可以等同于传统计算机中的500个0和500个1。该系统的任何 量子操纵——一个特殊的无线电脉冲，这种操做可以在第100和101 个qubit位执行一个可控的＂非＂操作，同时也控制了所有的2500个 状态。因此一个信号，一次计算机时钟的滴答的时间之内，一个量子 操做不仅能在一个机器状态进行计算，而是象很多计算机进行一样， 在2500个机器状态进行计算。但是，如量子动力学中的测量原理所述， 最终对这个系统的观测则导致相应于一个响应只产生一个量子态，即 只相当于500个0和1。这个有趣的结果是由于通过重叠产生的大量量 子平行产生的响应，而这相当于利用具有10150个独立处理器的传统 超级计算机所进行的运算结果（而这是根本不可能实现的）。
量子计算机简介ppt课件
精选ppt课件2021
21
我们通过给粒子加一 个数值固定的外磁场， 因它们有不同的极化 方向和自旋取向，从 而能够在磁场中以某 种特定状态存在，如 果在此基础上在加一 个交变电场，改变频 率便可有效控制粒子 的运动，使之一种运 动形式代表一个数据。 原子在磁场中的不同取向
精选ppt课件2021
22
6
而量子计算机却完全不同，它以量子力学 为基础，运用量子信息学，构建一个完全 以量子位为基础的计算机芯片。
精选ppt课件2021
7
与传统计算机相比首 先它没有传统计算机 的盒式外壳，看起来 象是一个被其他物质 包围的巨大磁场。其 次它不能象现在计算 机那样利用硬盘实现 信息的长期存储。但 它有自身独特的优点， 吸引众多的国家和实 体投入巨大的人力、 物力去研究。
精选ppt课件2021
8
首先量子计算机处理数据不象传统计算机 那样分步进行，而是同时完成，这样就节 省了不少时间，适于大规模的数据计算。 它的速度足够让物理学家去模拟原子爆炸 和其他的物理过程。
精选ppt课件2021
9
量子计算机的另一个优点是微型化、集成化。随 着信息产业的高度发展，所有的电子器件都在朝 着小型化和高集成化方向发展，而作为传统计算 机物质基础的半导体芯片一直是这场运动的领先 者，但由于晶体管和芯片受材料的限制，体积减 小是有个限度的，最终不能达到原子水平。而每 个量子元件尺寸都在原子尺度，由它们构成的量 子计算机，不仅运算速度快，存储量大、功耗低， 体积还会大大缩小。可以想象一个可以放在口袋 中的超高速计算机是什么样吗？还有直径只有几 十厘米的人造卫星。
17
如果是用量子计算机来做这个题目则在原 理上要简洁的多，只需用一个量子存储器， 把各q-bit制备到( |0〉+ |1〉) / (√2)态上就 一次性完成了对8个数的赋值，此时存储器 成为态 |φ〉，然后对其进行相应的幺正变 换以完成函数f(n)的功能，变换后的存储器 内就保存了所需的8个结果。这种能同时对 多个态进行操纵，所谓“量子并行计算” 的性质正是量子计算机巨大威力的奥秘所 在。
量子计算初探 PPT
Reference
▪ [1] ▪ [2] ▪ [3] ▪ [4]
谢谢！
Q&A
结束
量子计算初探
2017年3月
前言
▪ 为什么我要讲量子计算
▪ 希望能够使大家对量子计算产生一些微小的兴趣 ▪ 希望我能把大家都讲懂
目录 Contents
1 量子信息与量子计算 2 物理概念与数学基础 3 量子计算基础 4 Deutsch算法 5 展望与未来
目录 Contents
1 量子信息与量子计算 2 物理概念与数学基础 3 量子计算基础 4 Deutsch算法 5 展望与未来
展望与未来
▪ 摩尔定律即将失效 ▪ 量子计算机潜力广阔
▪ 密码学 ▪ 医药 ▪ 模拟量子系统 ▪ ……
▪ 量子算法数量极少……
▪ 传统算法有近1000个[3] ▪ 而量子算法仅有59个 [4]
传统算法vs量子算法
问题
质因数分解
复杂度
传统算法
模式匹配
半环下的矩阵乘法
一般图最大匹配
子集和判定
量子算法
什么是量子信息?
什么是量子信息?
量子计算发展简史
▪
目录 Contents
1 量子信息与量子计算 2 物理概念与数学基础 3 量子计算基础 4 Deutsch算法 5 展望与未来
Dirac记号
▪
▪
波函数
▪
???
目录 Contents
1 量子信息与量子计算 2 物理概念与数学基础 3 量子计算基础 4 Deutsch算法ch球
单量子比特门
量子博弈
量子态不可克隆原理
思考：如何清零？
多量子门与纠缠态
目录 Contents
《大话量子计算机》课件
高效性
在某些特定情况下，量子 计算机能够比传统计算机 更高效地解决某些问题。
量子计算机的发展历程
1980年代
量子计算的概念被提出，人们 开始探索如何利用量子力学规
律进行计算。
1990年代
量子算法和量子纠错码的研究 取得突破，为量子计算机的发 展奠定了基础。
21世纪初
随着超导、离子阱、光学等技 术的不断发展，人们开始研制 各种类型的量子计算机。
叠加态
量子比特可以同时处在多个状态的叠 加，这种特性使得量子计算机能够同 时处理大量的数据，并在某些特定问 题上实现指数级的加速。
量子叠加态与量子纠缠
量子叠加态
量子比特可以同时处在0和1这两个状态的叠加，这种叠加态在未被测量之前是 确定的，但测量后状态立即坍缩。
量子纠缠
两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联，当一个量子比特的状态发生变 化时，另一个量子比特的状态也会立即发生相应的变化，无论它们之间的距离 有多远。
挑战
离子阱量子计算机面临着制备成本高、体积庞大和操作复 杂等问题，需要进一步改进和优化。
光量子计算机
技术成熟度
光量子计算机技术是目前最具潜 力的量子计算技术之一，但目前 仍处于实验室研究阶段，尚未有
商业化的产品出现。
优势
光量子计算机具有极高的运算速 度和并行处理能力，同时其可扩 展性和可维护性也较好，这使得 光量子计算机成为未来量子计算
常见的量子算法包括
Shor算法、Grover算法等。Shor算法 可以在多项式时间内分解质因数，而 Grover算法可以在平方根时间内搜索 无结构数据库。
03
量子计算机的应用前景
密码学
量子密钥分发
利用量子力学的特性，实现不可破译的密钥分发，保障通信 安全。
量子计算入门ppt课件
量子计算入门
Royea
1
量子计算
• 序言 • 量子力学基础 • 量子计算
2
序言
• 量子计算出现于过去十年间，其中最引人注目的算法是Shor提出 的大数因子分解算法，此算法可在量子计算机上以多项式时间实 现[1]，它使NP问题变成P问题。算法的主要思想是将分解问题变 为寻找函数的周期问题。它首先使用量子并行性通过一步计算获 得所有函数值，然后通过测量函数值得到相关联的函数自变量的 叠加态，并对其进行量子付立叶变换。量子付立叶变换和经典付 立叶变换一样，实现函数时域到频域的转换，从而可以较高的概 率测量到产生函数周期的状态，最后利用函数周期对大数进行质 因子的分解。
X = | 0><1 | + | 1><0 |
它是交换| 0>和| 1>的变换。
18
1-3 线性算子
▪ 算子是向量空间的一个重要概念。 ▪ 在量子力学中出现的算子大多为线性算子。 ▪ 一些重要算子的概念 定义1 设V 为向量空间，A 为函数，A：V→V。A称为V上的的线性算 子当且仅当下式成立
A( | A | ) A(| ) A(|) A | A |
• 从这个实验中我们可以看到，量子态可以是本征态，也可以是叠 加态。若将通过偏振片看作测量，你就会发现，量子态经过测量 会发生状态塌缩，由最初的状态塌缩到测量给出的状态上。
11
态的叠加
如果我们使用两个基向量|↑>和|→>分别表示垂直 偏振方向和水平偏振方向，那么任意一个随机的偏振 方向(任意一个态ψ) 都可以用这两个基向量的线性组合 形式表示：
投影算子 。
20
1-4 Schrödinger方程
• 封闭量子系统的演化由Schrödinger方程描述。该方程是量子系统 状态演化的基本规律，也是量子计算所遵循的基本规律。当量子
Royea
1
量子计算
• 序言 • 量子力学基础 • 量子计算
2
序言
• 量子计算出现于过去十年间，其中最引人注目的算法是Shor提出 的大数因子分解算法，此算法可在量子计算机上以多项式时间实 现[1]，它使NP问题变成P问题。算法的主要思想是将分解问题变 为寻找函数的周期问题。它首先使用量子并行性通过一步计算获 得所有函数值，然后通过测量函数值得到相关联的函数自变量的 叠加态，并对其进行量子付立叶变换。量子付立叶变换和经典付 立叶变换一样，实现函数时域到频域的转换，从而可以较高的概 率测量到产生函数周期的状态，最后利用函数周期对大数进行质 因子的分解。
X = | 0><1 | + | 1><0 |
它是交换| 0>和| 1>的变换。
18
1-3 线性算子
▪ 算子是向量空间的一个重要概念。 ▪ 在量子力学中出现的算子大多为线性算子。 ▪ 一些重要算子的概念 定义1 设V 为向量空间，A 为函数，A：V→V。A称为V上的的线性算 子当且仅当下式成立
A( | A | ) A(| ) A(|) A | A |
• 从这个实验中我们可以看到，量子态可以是本征态，也可以是叠 加态。若将通过偏振片看作测量，你就会发现，量子态经过测量 会发生状态塌缩，由最初的状态塌缩到测量给出的状态上。
11
态的叠加
如果我们使用两个基向量|↑>和|→>分别表示垂直 偏振方向和水平偏振方向，那么任意一个随机的偏振 方向(任意一个态ψ) 都可以用这两个基向量的线性组合 形式表示：
投影算子 。
20
1-4 Schrödinger方程
• 封闭量子系统的演化由Schrödinger方程描述。该方程是量子系统 状态演化的基本规律，也是量子计算所遵循的基本规律。当量子
量子计算机简介(共18张PPT)
传统计算机的电路是建立在一个用固体设备代表二进制数字位（bit，比特）0或者1的基础上的。
许多量子系统能用理做学昆比。特q位u使b用i。t不仅能在相应于传统计算机位的
量可大子能数计 昆 的算比因机特子原最分理简解基单是逻这础的数辑些（一学个中2状 传）例的态 统子一就个0位是传和光统的子难1混可题稳沿，合定两现或条在存路人重在径们叠传普，播遍状而。相信态且，存大也数在能的。因在子换相分解句应不话存于在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用
量子计算机原理基础（2）
实验a：从某光源发射的光子沿某条路径射向一个一面涂有银的镜 子。该镜子使光束分离，其中的一半垂直射向接收器A，另一半则 射向接收器B。但是，一个光子作为光的最小单位并不能被分离， 所以光子被接收器A或B检测到的机率相等。如果凭直觉我们可能 认为光子离开镜子的方向是随机的，或者沿垂直方向，或者沿平 行方向。但是，量子动力学告诉我们，光子实际上是沿平行和垂 直两个方向同时传播的。
量子计算机简介
第1页，共18页。
经典计算机简介
我们目前所使用的计算机，代表了近年来技术进步的顶点，而这个技术进步萌芽于 Charles Babbage（1791-1871）的早期思想，并且以德国工程师Konrad Zuse 于1941年创造出第一台计算机为开端。 但是令人惊奇的是，现在放在我们面 前的高速现代化的计算机和它庞大的重达30吨的祖先并没有什么本质的区别，而 那台庞大的机器是由18000个真空管和500米的电线构成的！尽管计算机已经变 的更加小巧而且一般来说在执行任务时已经快的多，但是计算机的任务却并没有 改变：把二进制位（0和1）的编码处理并解释为计算结果。每个位都是一个基本 的信息单元，传统上在数字计算机中用0和1代表。每个位的物理实现是通过一个 肉眼可见的物理系统完成的，例如硬盘的磁化或电容器中的电荷。例如，包含n个 字符并储存在计算机硬盘上的文件是通过一串共8n个0和1描述实现的。在这里存 在着传统计算机和量子计算机之间的一个关键的区别。传统计算机遵循着众所周 知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律（特别 是量子干涉）来实现一种信息处理的新模式。
许多量子系统能用理做学昆比。特q位u使b用i。t不仅能在相应于传统计算机位的
量可大子能数计 昆 的算比因机特子原最分理简解基单是逻这础的数辑些（一学个中2状 传）例的态 统子一就个0位是传和光统的子难1混可题稳沿，合定两现或条在存路人重在径们叠传普，播遍状而。相信态且，存大也数在能的。因在子换相分解句应不话存于在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用
量子计算机原理基础（2）
实验a：从某光源发射的光子沿某条路径射向一个一面涂有银的镜 子。该镜子使光束分离，其中的一半垂直射向接收器A，另一半则 射向接收器B。但是，一个光子作为光的最小单位并不能被分离， 所以光子被接收器A或B检测到的机率相等。如果凭直觉我们可能 认为光子离开镜子的方向是随机的，或者沿垂直方向，或者沿平 行方向。但是，量子动力学告诉我们，光子实际上是沿平行和垂 直两个方向同时传播的。
量子计算机简介
第1页，共18页。
经典计算机简介
我们目前所使用的计算机，代表了近年来技术进步的顶点，而这个技术进步萌芽于 Charles Babbage（1791-1871）的早期思想，并且以德国工程师Konrad Zuse 于1941年创造出第一台计算机为开端。 但是令人惊奇的是，现在放在我们面 前的高速现代化的计算机和它庞大的重达30吨的祖先并没有什么本质的区别，而 那台庞大的机器是由18000个真空管和500米的电线构成的！尽管计算机已经变 的更加小巧而且一般来说在执行任务时已经快的多，但是计算机的任务却并没有 改变：把二进制位（0和1）的编码处理并解释为计算结果。每个位都是一个基本 的信息单元，传统上在数字计算机中用0和1代表。每个位的物理实现是通过一个 肉眼可见的物理系统完成的，例如硬盘的磁化或电容器中的电荷。例如，包含n个 字符并储存在计算机硬盘上的文件是通过一串共8n个0和1描述实现的。在这里存 在着传统计算机和量子计算机之间的一个关键的区别。传统计算机遵循着众所周 知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律（特别 是量子干涉）来实现一种信息处理的新模式。