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家园 【讨论】向量子计算机前进:潘建伟等在国际上首次实现量子分解算法 向量子计算机前进:潘建伟等在国际上首次实现量子分解算法
http://www.cas.cn/html/Dir/2008/01/03/15/42/98.htm
作者：杨保国
日前，中国科技大学教授潘建伟和他的同事杨涛、陆朝阳等，与英国牛津大学的研究人员合作，在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法，研究成果发表在近日出版的美国权威物理学期刊《物理评论快报》上，标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。
量子分解算法是1995年美国科学家Peter Shor提出的，是迄今量子计算领域最著名的算法。它利用量子计算的并行性，可以快速分解出大数的质因子，将使量子计算机很容易破解目前广泛使用的密码如RSA公钥加密系统，严重威胁到银行、网络和电子商务等的信息安全以及国家安全。因此，Shor算法的提出迅速引起了世界各国对量子计算研究的高度关注。
然而，Shor算法在量子计算机上的实验实现一直是国际公认的难题。2001年，美国IBM公司和斯坦福大学合作，利用核磁共振技术演示了分解15的实验。但是由于核磁共振的固有缺陷，他们的实验不能显示该算法的量子属性，也无法扩展到更多比特，限制了进一步的应用。
为实现真正具有量子特性的Shor算法，潘建伟小组选择光子比特这样一种抗退相干能力强、单比特操纵精确的物理体系，系统地发展了一套国际领先的多光子相干操纵和纠缠态制备的实验技术。经过艰苦的方案设计和实验摸索，潘建伟等人与牛津大学研究人员合作，在国际上首次用光子比特、也是首次用真正的纯态量子系统，实验演示了关键性的Shor算法，实现了“15=3×5”这一质因子分解，并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在，验证了量子加速的根本原因。
这项研究成果得到了国际学术界的广泛关注和认可。美国物理学会以《量子计算的重大突破》为题发布新闻，称赞“这一富有创造性的工作将有助于进一步应用于物理化学建模和超快搜索”。英国科技新闻杂志《新科学家》以《量子计算威胁我们的机密数据》为题，对这项成果作了长篇报道，称“出现能运行Shor算法的量子计算机具有极为深远的意义：这意味着未来量子计算将能够轻松地破解我们的银行账号以及商业和电子商务数据使用的密码”。
潘建伟说，尽管现在的量子计算机还显得非常粗糙幼稚，就像一个蹒跚学步的婴儿。然而一旦发展成熟，它的计算能力将超越所有的经典计算机。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 这个我正好懂一点 光子计算机可以说是理论上串行运算的最佳选择，而量子计算机可以说是理论上并行运算的最佳选择。
一般说的光子计算机是指用光子而非电子作为信息传输，存储和运算载体的计算机，和楼主文中的不是一个概念。潘教授在量子计算方面是大牛，这个工作本身也的确很有意义。不过如文中所说，这是“光学量子计算”或者“光量子计算机”，而不是通常意义上的光学计算机。
光学计算机主要是2000年左右炒概念搞得比较热，其实现在还远未提上议事日程。这里的关键是光学逻辑运算的基本单元还没有真正实现。虽然光存储器，光逻辑运算器等都有一些基础研究，但是都不成熟。正如二极管三极管门电路等等是电子计算机的基础，一般认为光子计算也需要先实现相应的基本运算单元，才能进一步走向集成化（所谓集成光路），然后才是光子计算机的实用化。有意思的是，因为光学波导等本身具有雄厚的研究基础，门槛也较低，所以集成传输这一块问题倒是不大，集成光路的研究也算是比较成功的，不过现在很多人是在搞光路和电路集成，以尽快获得实用化。对了，光子计算机的好处有很多，主要的一个是快（真正的光速运行啊，理论上信息传输的最大速度，呵呵），一个是能耗低（不象电子有焦耳热等等）。
量子计算机是要利用量子纠缠态的概念，实现多个量子态的并行计算，从而大大提高运算速度。理论上它的载体只要是处在量子态就行，光子，电子，以及其他微观粒子都可以作为载体。如果想像一下的话，它就好比一个多核CPU，而且不需要什么复杂的并行算法，而是所有并行计算自动同时进行，这样理论上速度当然可以指数提高。但是量子纠缠态的产生和控制都很困难，还有其他一些理论和工程上的难题，所以量子计算机离实现也还有相当长的距离。
- 复 这个我正好懂一点
家园 量子算法 如果想像一下的话，它就好比一个多核CPU，而且不需要什么复杂的并行算法，而是所有并行计算自动同时进行，量子并行跟普通的并行计算概念不一样 量子计算机需要特别的量子算法 它的逻辑与传统计算机完全不一样 不是与或非这类的逻辑门 并不是所有并行计算自动同时进行这么简单 普通的加减乘除 量子计算机也可以做 可是做起来要麻烦得多 不但没有任何优势 结果还不确定
因为不确定性 量子计算的实际应用很有限 到目前为止 只有两种量子算法 一种是文中提到的Shor's factorization algorithm 一种是搜索算法Grover's search algorithm 速度可以提高到sqrt(N) 这两种算法都是只能在量子计算机上才能有效实现
- 复 量子算法
家园 bnugirl同学说得很对 只是您这样说了还是不容易让人明白量子计算机到底是个什么啊，呵呵。事实上对量子力学的一些本质问题现在还存在一些争议（河里有人转了“上帝掷骰子吗”，可以参考），所以量子计算机的前景还是有一些存疑的。说到量子力学，现在好像还是哥本哈根解释占主流？这个我就不懂了，不敢乱说。
- 复 量子算法
家园 量子计算机优势 近十年来 从上贴的两种量子算法中又衍生出一些别的算法 例如discrete logrithm 但是量子算法没有任何实质性的突破 还是只有这两类 也就是说 即使现在有一台足够精确也足够大型化的量子计算机 除了作这两类问题 作其他问题时 量子计算机相比传统计算机 没有任何优势
- 复 这个我正好懂一点
家园 好像去年科学家在捕捉光子上有突破 好像是可以将单个光子封闭在某种介质的空洞里
家园 将单个光子封闭在某种介质的空洞里 这个我看到过标题，没有读过原文，不敢乱说。据我胡乱推测，这就是把一定波长一定能量的电磁波“封闭”在一个介质腔里（应该是只能封闭一个有限的时间吧），在电磁理论上似乎并没有什么惊人之处。不过这个单位足够小，所以意义与众不同。至于说这个对光存储的直接影响，至少目前只有一些理论指导作用吧。
- 复 这个我正好懂一点
家园 涨知识了。花！
家园 专业报道还是应该让专业人员来写 这篇文章有误导嫌疑的地方还是不少 先回答下面的问题
光子计算机是量子计算机的一种 量子计算机就是聪明地利用了不确定性 才有了量子并行 才有了本质性区别与传统计算机的特性 但是也因为不确定性 使得量子计算的实际应用很有限 到目前为止 只有两种量子算法 可以在量子计算机上实现指数性加速的计算
到底用什么样的系统来实现量子计算 目前还没有定论 每种方法都有它的优势和劣势 文中提到的光子计算机 也有它的局限 例如抗噪音能力最差 因为光子可以和任何物质发生作用 光子计算的优势在于单比特控制的精确 但是要想发展到多比特 也是非常困难的 一点不必核磁共振容易
家园 国内一直在研究量子通信，因为量子通信几乎可以认为是不可破解的 只是现在的传输距离有限，还没有实用
家园 会不会因为传统硬件方面的原因而被别人摘了桃子呢？ 家园 量子计算机和光子计算机有什么不同啊？ 只知道后者据说是无法破解的是吧？好像是根据薛定谔的理论,光子的状态是无法确定的。
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这个是真正的基础研究进展，值得中国人为之浮一大白。
家园 量子计算的威力在于并行 是真正意义上的并行，因此计算机的软件都会有巨大的不同。虽然成熟时间我估计还要很久，不过我觉得会和现有计算机融合，就好像以前的浮点运算器一样，最终整合在一起。