簡(jiǎn)介

量子計(jì)算機(jī)(Quantum computer)是一種使用量子邏輯進(jìn)行通用計(jì)算的設(shè)備.? 不同于電子計(jì)算機(jī),??量子計(jì)算用來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的對(duì)象是量子位元.??因?yàn)榱孔硬幌癜雽?dǎo)體只能記錄0于1,? 可以同時(shí)表示多種狀態(tài),? 一次運(yùn)算可以處理多種不同狀況.??

(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA)

量子位? --? Qubit

量子位是量子計(jì)算機(jī)里儲(chǔ)存和運(yùn)算的基本單位,? 如同電子計(jì)算機(jī)的比特(bit)一樣,? 量子位只是一種概念,? 對(duì)應(yīng)的實(shí)體是具有量子行為的物質(zhì),? 比如說一個(gè)電子,一束光子甚至一團(tuán)離子[備注: 是有可能把一團(tuán)粒子制備為如同單個(gè)粒子一樣的行為, 并且比單個(gè)粒子更穩(wěn)定, 不容易產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差].??

對(duì)于一個(gè)粒子, 在單一方向上測(cè)量自旋(Spin)可以測(cè)得??向下|0???和??向上|1?? 兩種狀態(tài).? 對(duì)于任意一個(gè)粒子,? 測(cè)得|0?或是|1?是隨機(jī)的,? 測(cè)量的概率由粒子測(cè)量前的狀態(tài)?|ψ? 給出的.? 并且粒子的自旋是量子量,??|ψ?可以處于|0?于|1?組成的疊加態(tài)(Superposition)中[備注: 當(dāng)|ψ?為疊加態(tài)時(shí), 并不是說|ψ?處在|0?和|1?之間的某個(gè)狀態(tài), 而且說同時(shí)處于|0?和|1?. 感覺上就是把兩張圖片按照不同的透明度疊加在一起形成新圖片],? 并且在測(cè)量時(shí)只會(huì)隨機(jī)給出一種狀態(tài)[|0?或|1?],? 并且測(cè)量后|ψ?會(huì)坍縮(Collapse)至相應(yīng)的狀態(tài)并且失去另外一個(gè)狀態(tài)的信息.

因?yàn)榱孔游坏膶?shí)體是具有量子行為的物質(zhì),? 所以量子位也存在干涉(Interference)和糾纏(Entanglement).? 只不過因?yàn)榱孔游徊粫?huì)隨著時(shí)間演化*[是會(huì)的, 這里說的是量子位所儲(chǔ)存的信息],? 所以干涉的效果并不明顯*[對(duì)于量子位來說, 通過門時(shí)產(chǎn)生的"干涉"究竟是門的作用還是干涉的作用呢, 看自己心情來就好].

前置知識(shí)

量子計(jì)算涉及的數(shù)學(xué)并不會(huì)過于困難,? 也就是復(fù)數(shù)和矩陣運(yùn)算[或者用不上]而已.??以防萬一,? 這里來簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)以下就好

復(fù)數(shù) -- Complex number

有一說一, 復(fù)數(shù)真的過于復(fù)雜*(complex).

定義-1的平方根為 i?,? 則任意形式的 a+b*i 可以表示為復(fù)數(shù)? (其中a, b都是實(shí)數(shù)),? 并稱 a 為實(shí)部(Real part),? b 為虛部(Imaginary part).

紅色大字: 切記切記 ! 復(fù)數(shù)是一個(gè)數(shù)字 ! 而不是兩個(gè)更不是三個(gè) !!

復(fù)數(shù)的加減乘除都不多說了[yysy, 這輩子都沒見過多少次除法 (小聲)],? 但是這里需要提一下復(fù)數(shù)的另一種表達(dá)方式: L*e^(i*θ) .? 如同全體實(shí)數(shù)可以畫出一條數(shù)軸,? 全體復(fù)數(shù)也可以畫出一個(gè)復(fù)平面:

這里,? L 稱作模長(zhǎng)(Mold length),? 記作 |s|,? θ稱作輻角(Argument).? 一般來說L的取值是大于等于0,? 而θ是[0, 2π)或 (-π,?π] [L和θ取值是可以取全體實(shí)數(shù)的, 只不過常見是這樣子].

矩陣運(yùn)算

略:? 向量, 矩陣, 內(nèi)積, 外積, 等

由于篇幅限制[其實(shí)是我懶了],? 這里也暫時(shí)不講述線性代數(shù)的內(nèi)容了,? 并且狄拉克符號(hào)(Dirac notation, 又bra-ket)的功能就像矩陣一樣強(qiáng)大.? 只不過需要記住,? 矩陣運(yùn)算和狄拉克符號(hào)都是不滿足交換律的,? 即? A*B ≠ B*A.

大概計(jì)劃

接下來的專欄也是不定期更新,? 會(huì)更多少內(nèi)容也是未定,? 不過起碼會(huì)把量子計(jì)算的基礎(chǔ)全部說完,? 至于高級(jí)算法還是看看大家對(duì)量子計(jì)算感不感興趣

自己也嘗試做了一個(gè)模擬量子計(jì)算的python庫,? 目前還在整理階段,? 應(yīng)該近期 (這個(gè)星期內(nèi))? 會(huì)把庫上傳至github,? 那時(shí)候就會(huì)動(dòng)態(tài)通知大家的.??

也不奢求太多,? 如果喜歡或者感興趣的話可以給個(gè)贊

最后宣傳一下自己創(chuàng)的一個(gè)群,? 大家可以在里面隨便聊啦,? 平常自己的工作(摸魚)進(jìn)度都會(huì)實(shí)時(shí)反映在群里[指80%的時(shí)間都在向群友請(qǐng)教]

群號(hào):??274767696

久違十萬年地再寫專欄, 真的不會(huì)組織語言了, 好困難 (