主题：【原创】科普--量子计算机到底是什么 -- bnugirl

在科普文章中要找专业的有新意的东西？老兄的要求未免有些高了吧。您可以失望，就像我这个对量子计算机没概念的人可以看的津津有味，至少是楼主让我明白了薛定愕的猫是怎么回事，在我这样的人面前这个文章是有价值的。

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刚开学 比较忙 继续

qubit与bit的一个本质区别就是对于一个qubit 0 和1的状态同时存在 那么如果有一个3-qubit的存储器 就是000,001,...,111 这2^3=8个状态同时存在 n-qubit 就是2^n个状态同时存在

在传统计算机里 对于bit的操作是通过逻辑门来实现 对于单bit的逻辑操作 只有一种 就是取非 0变1 1变0 对于单qubit的操作 那花样就多了 因为前面讲了 如果用二维坐标来表示 一个qubit的状态可以是单位圆上的任意一点 用三维坐标来表示 一个qubit的状态可以是单位球面上的任意一点 它可以从一点跑到这个球面上的任意的另外一点 可以进行的操作是无穷多的 简化一下 基本操作就是旋转 绕x y z轴 旋转任意角度

对于n-qubit 对这2^n个状态的操作是自动同时进行的 你可以说大家一起绕x 轴转30度 也可以说 是0的 向右转体30度 是1的 原地不动 所以量子计算机 可以有2^n的并行运算 这也是为什么量子计算机的计算能力可能比传统计算机有指数性增长

对于n-qubit的操作 可以简化为一个universal set 这个set里包括四个门 任何操作运算 都可以通过这四个门的不同的排列组合来实现

量子计算机听上去前景光明 是未来计算机发展的必然趋势 但是实际上还是困难重重

1 前面讲过的 量子计算机的超强能力 是依赖于量子态多个状态同时存在的 但是这种状态是很容易被破坏的 一旦对它进行测量 量子态就被破坏了 也就是说它脆弱到什么程度呢 跟封建社会大家闺秀一样 不能让人看 看一眼 就失贞了

2 量子态的多个状态是以一定的概率同时存在的 这个概率可怎么个测法呢 概率不象长度 电压 测一下就行了 概率得通过多次测量 才能计算出来 可是量子又不能重复测量 因为测一次 它的量子态就已经被破坏了

3 还有一个 不可克隆原则 也就是qubit不可复制

4 量子态 是一个球面上的任意一点 这个点 可以用三维坐标来表示 坐标么 当然可以是任意实数 实数 就不可能百分之百的准确 一定会有误差 你说让它转30度 它很可能是转了30.0001度 事实上 量子计算里 quantum gate的误差如果可以达到10^-4 也就是万分之一的错误率大家就要欢呼了

这些仅仅是理论上本质上的困难 实际实验中的困难那就更多了 可以想象 要控制一个电子 可比控制一个电容的电压难多了

我深觉计算机资料可免费瞬间复制才真正推动了信息世界的发展，而不光是计算能力。

我不懂你说的这些知识，第一次听说“量子计算机”。兴致勃勃地想通过你这文章扫盲。

当我看到“实数”时，心里还特别庆幸了一下：还好不是复数。

看到Doob的纠正，心里咯噔一下：怎么bnugirl写错了？

我认为，如果是正确的态度，应该感谢Doob的纠正，那不是挑刺啊！那是对读者负责啊！

不料你的反应是继续坚持自己没错。

如果是这样，那你后面的文章我可不敢看了。

的确，如Doob在跟你的讨论中提到的那些很专业的东西我也看不懂。如果那样写我也可能不看。

但是，看不懂并不妨碍文章的正确性；而如若文章不正确，看懂了又有什么意义？

所以请MM三思，把不正确的地方改正，继续科普善举。：）

我们上小学时 老师告诉我们 5-3=2 3-5不够减 上初中时 老师告诉负数不能开方

你能说小学和初中老师教你的数学是错的么

在error correction上 不可复制 造成了很大的困难 还好 并不致命

而在communication上 正是因为不可复制 如果有人窃听 没办法不被人发现

前面我写的qubit一节 有人提出异议 认为我的表述是错误的 这个罪名可是相当的大 说我文笔不好 倒也无妨 但是指责我的基本事实错误 这可是对我辛辛苦苦码的这么多字的全盘否定 所以不得不声明一下

这样来解释吧

我们上小学时 老师告诉我们 5-3=2 3-5不够减 上初中时 老师告诉我们负数不能开方 你能说小学和初中老师教你的数学是错的么

doob说的没有错 3-5可以减 结果是-2 所以我一开始就承认了自己是在数学上偷懒了 但是后来doob又跟上说我态度不对 基本事实错误 那我也不得不再进一步声明 我认为我现在说3-5不能减也并没有错误

在这样的文章里 把数学全写得那么清楚 不但不能帮助大家理解量子计算机的概念 反而会造成更多的疑问 所以我选择了简化 我没有用物理上规范的波函数 我甚至避免提到波函数的概念 我的表述 读者不用作任何数学计算 就可以看明白 doob的计算 可能大多数人都看不懂 说复数 可能大多数人没办法在脑子里有一个图像 简化为二维圆 大多数人应该可以有一个感性的概念 这样的简化 并不会让读者对主题有任何的误解

请大家相信我的专业 毕竟是吃这饭的 不可能连基本事实都不清楚 如果想跟我切磋专业 我会参加今年三月的美国物理年会APS March Meeting 欢迎跟我联系

也请大家相信我的态度 写科普比写论文难多了 论文是写给同行看的 这些基本的东西根本不要解释 一提名词大家就都明白 如果是讲这门课 前提是学生必须要先学至少一学期的量子力学 我也曾经有过计算机专业的学生来上课 结果跟不上

可以解释一下，对单个qubit操作的意义么？

还有那4个门具体是什么？他通过排列组合所实现的具体操作是什么？

能不能举个量子计算机计算问题的use case？

另外

这里是说，量子计算里结果或者过程什么的需要取决控制的精度么？这里似乎又变回了模拟信号。。

加一个总概率为一的约束后简化成实数没什么问题啊。 难道你说要大小，相位同时考虑，这个和bnugirl表述的不同。

谁说的对呢？

特别是这类很高深的领域的科普。

鼓励鼓励。继续继续。

由|0>和|1>叠加的态几何上对应1 dimensional complex projective plane，所以蕴含的信息相当于一个复数。

简单地说 |0>+|1>，和|0>+e^(ix)|1>，不是代表一个态，虽然它们处于|1>的概率都是0.5

量子态a|0>+b|1>里的a,b是复数, 约束为 |a|^2+|b|^2=1 . bnugirl 用的是a=0.2 b=0.8 两个实数，在这里交代不是很清楚。 好像她因此说一个量子态等同于一个实数. 虽然有“如果用二维平面来表示＂来修饰， 一个qubit到底存了一个实数还是 两个实数(等价于一个复数)是完全不同的。

我是清空脑袋来看你们写的东西的。表达的是那个状态下的理解和疑问。

你是对的，不过我清空脑袋来看你写的，我不会知道bungirl写的有什么问题。

恭喜：你意外获得【西西河通宝】一枚

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