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量子计算机的真正原理,成功在经典计算机中模拟了量子计算机特性

2019-10-23
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科学家已经展示了量子计算机的真正工作原理,并成功地在经典计算机中模拟了量子计算机的特性,结果应该在决定如何建造量子计算机方面具有非常重要的意义。建造超高速和强大量子计算机的梦想再次成为焦点,世界各地的研究都投入了大量资源。瑞典量子计算机计划将在十年内建成,欧盟已将量子技术指定为其旗舰项目之一。目前,量子计算机几乎没有可用的有用算法,但预计这项技术将在生物、化学和物理系统的模拟中具有巨大的意义。

这些系统对现有最强大的计算机来说都太复杂了,计算机中的位只能取1或0的值,但量子位可以取这两个值之间的所有值。简单地说,这意味着量子计算机不需要对它们执行的每一次计算进行同样多的运算。拉尔森教授和博士生Niklas Johansson,在林雪平大学电气工程系信息编码系,已经掌握了量子计算机中发生的事情,以及为什么量子计算机比经典计算机更强大。其研究成果已经发表在《Entropy》期刊上。

Jan-âke Larsson教授表示:我们已经证明了主要的区别是量子计算机对每个比特都有两个自由度,通过在经典计算机中模拟一个额外的自由度,可以在量子计算机中实现的相同速度运行一些算法。研究人员构建了一个模拟工具,量子模拟逻辑(Quantum Simulation Logic,QSL),能够在经典计算机中模拟量子计算机的操作。模拟工具包含一个,也只有一个,量子计算机具有经典计算机没有的特性:作为计算的一部分,每一位都有一个额外的自由度。


量子算法


因此,每个比特都有两个自由度:它可以与机械系统相比,在机械系统中,每个部件都有两个自由度(位置和速度)。在这种情况下,处理计算比特——携带关于函数结果的信息,以及相位比特——携带关于函数结构的信息。研究使用模拟工具来研究一些管理函数结构的量子算法。其中有几个算法在模拟中的运行速度与在量子计算机中运行速度一样快。结果表明,量子计算机的更高速度来自它们在一个额外信息携带自由度内存储、处理和检索信息的能力。

这使得能够更好地理解量子计算机是如何工作的。此外,这些知识应该会使制造量子计算机变得更容易,因为我们知道哪种特性对量子计算机按预期工作最重要。这些门与量子计算机中使用的门相似,工具包模拟了量子计算机的工作方式。例如,在它的帮助下,可以模拟和理解量子密码学和量子隐形传态的工作原理,以及一些最常见的量子计算算法,例如Shor的因式分解算法,该算法在当前版本的模拟中工作,但与经典计算机一样快或慢。


博科园|研究/来自:林雪平大学

参考期刊《Entropy》

DOI: 10.3390/e21080800

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