科學(xué)家展示量子計算機(jī)的真正工作原理，還成功模擬了特性

科學(xué)家已經(jīng)展示了量子計算機(jī)的真正工作原理，并成功地在經(jīng)典計算機(jī)中模擬了量子計算機(jī)的特性，結(jié)果應(yīng)該在決定如何建造量子計算機(jī)方面具有非常重要的意義。建造超高速和強(qiáng)大量子計算機(jī)的夢想再次成為焦點(diǎn)，世界各地的研究都投入了大量資源。瑞典量子計算機(jī)計劃將在十年內(nèi)建成，歐盟已將量子技術(shù)指定為其旗艦項目之一。目前，量子計算機(jī)幾乎沒有可用的有用算法，但預(yù)計這項技術(shù)將在生物、化學(xué)和物理系統(tǒng)的模擬中具有巨大的意義。

這些系統(tǒng)對現(xiàn)有最強(qiáng)大的計算機(jī)來說都太復(fù)雜了，計算機(jī)中的位只能取1或0的值，但量子位可以取這兩個值之間的所有值。簡單地說，這意味著量子計算機(jī)不需要對它們執(zhí)行的每一次計算進(jìn)行同樣多的運(yùn)算。拉爾森教授和博士生Niklas Johansson，在林雪平大學(xué)電氣工程系信息編碼系，已經(jīng)掌握了量子計算機(jī)中發(fā)生的事情，以及為什么量子計算機(jī)比經(jīng)典計算機(jī)更強(qiáng)大。其研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Entropy》期刊上。

Jan- ke Larsson教授表示：我們已經(jīng)證明了主要的區(qū)別是量子計算機(jī)對每個比特都有兩個自由度，通過在經(jīng)典計算機(jī)中模擬一個額外的自由度，可以在量子計算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的相同速度運(yùn)行一些算法。研究人員構(gòu)建了一個模擬工具，量子模擬邏輯（Quantum Simulation Logic，QSL），能夠在經(jīng)典計算機(jī)中模擬量子計算機(jī)的操作。模擬工具包含一個，也只有一個，量子計算機(jī)具有經(jīng)典計算機(jī)沒有的特性：作為計算的一部分，每一位都有一個額外的自由度。

量子算法

因此，每個比特都有兩個自由度：它可以與機(jī)械系統(tǒng)相比，在機(jī)械系統(tǒng)中，每個部件都有兩個自由度（位置和速度）。在這種情況下，處理計算比特——攜帶關(guān)于函數(shù)結(jié)果的信息，以及相位比特——攜帶關(guān)于函數(shù)結(jié)構(gòu)的信息。研究使用模擬工具來研究一些管理函數(shù)結(jié)構(gòu)的量子算法。其中有幾個算法在模擬中的運(yùn)行速度與在量子計算機(jī)中運(yùn)行速度一樣快。結(jié)果表明，量子計算機(jī)的更高速度來自它們在一個額外信息攜帶自由度內(nèi)存儲、處理和檢索信息的能力。

這使得能夠更好地理解量子計算機(jī)是如何工作的。此外，這些知識應(yīng)該會使制造量子計算機(jī)變得更容易，因為我們知道哪種特性對量子計算機(jī)按預(yù)期工作最重要。這些門與量子計算機(jī)中使用的門相似，工具包模擬了量子計算機(jī)的工作方式。例如，在它的幫助下，可以模擬和理解量子密碼學(xué)和量子隱形傳態(tài)的工作原理，以及一些最常見的量子計算算法，例如Shor的因式分解算法，該算法在當(dāng)前版本的模擬中工作，但與經(jīng)典計算機(jī)一樣快或慢。