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中国科技大学研制成世界上第一台量子计算机
[ 2008-2-18 8:14:00 | By: 检验医学天空 ]
 



研究成果发表在2007年12月19日出版的国际权威物理学最权威的期刊《 Physical Review Letters》上,标志着我国光学量子计算机研究达到了国际领先水平。

2007年初,中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在《Nature·Physical》上发表论文,成功制备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机,刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录,成果被欧洲物理学会和《Nature》杂志等广泛报道。
  
  在四月份,该小组提出并实验实现不需要纠缠辅助的新型光学控制非门,减少了量子网络电路的资源消耗。
  
  九月,该小组利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程,实现了量子搜索算法,论文发表在《Physical Review Letters》上。
  
  最近,该小组又在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法,研究成果发表在12月19日出版的国际最权威物理学期刊《Physical Review Letters》上,标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。
    
  这一系列高质量的工作已经获得了国际学术界的广泛关注和认可。
  
  2007年3月,潘建伟教授应邀和美国UIUC大学教授P. Kwiat,NIST教授D. Wineland,维也纳大学教授A. Zeilinger一起在美国物理年会新闻发布会上介绍了量子信息的最新进展。
  
  潘建伟教授还应邀在美国《光学和光子新闻》刊物上撰写了关于光学量子计算最新进展的综述文章。
  
  特别引人注目的是,11月16号出版的英国《新科学家》杂志在“中国崛起”的专栏中,把中国科大在量子计算领域取得的一系列成就作为中国科技崛起的重要代表性成果,进行了专门介绍。

关于量子计算机
      量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。 

20世纪60年代至70年代,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,从而限制了计算机的运行速度。研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么,是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢?问题的答案是:所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机,而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作,那么在量子力学中,它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机,实际上是用量子力学语言描述的经典计算机,并没有用到量子力学的本质特性,如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列。与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行测量得出计算结果。因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的。 

无论是量子并行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是,在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中,量子比特不是一个孤立的系统,它会与外部环境发生相互作用,导致量子相干性的衰减,即消相干(也称“退相干”)。因此,要使量子计算成为现实,一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比,是目前研究的最多的一类编码,其优点为适用范围广,缺点是效率不高。  

 
 
  • 标签:量子计算机 
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