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第一百一十六章 量子計算機原理與模型簡化、精度提升

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在天啟共和國進行“前哨計劃”的同時,量子計算機的研發也提上了日程。

在天啟科學院的量子計算與通訊研究所裡,天啟科學院量子力學專家韋慶元正在講解,量子力學知識和組織公關小組對量子計算理論進行突破。

“量子計算機的原理,就是透過讀取、激發和改變原子內量子狀態,即疊加態、糾纏態、隧穿態三種形態)實現量子計算的一種技術,說起來原理其實並不複雜,但是由於涉及到微觀層面和量子態的不穩定性,所以實現起來,難度還是很大的。

量子計算機實現的方法有,超導+多光子的方法、半導體量子晶片和離子阱等等路徑。

為了製造量子計算機,可以使用用超導迴路,可以用傳統的矽電晶體材料,可以使用固態離子材料、光子等。

與傳統計算機使用0或者1的位元來儲存資訊不同,量子計算機使用量子位元來儲存資訊。量子位元儲存的資訊可能是0、可能是1,或者有可能既是0也是1。即疊加態原理)

量子力學認為,微觀物體可以處於一種“似是而非”的狀態,即一個原子可以同時處於兩種狀態。

1個量子位元可以儲存2種狀態的資訊,也就是0和1;2個量子位元就可以儲存4種狀態的資訊,3個8種,4個16種。

量子計算機的效能隨著“量子位元”的增加呈指數增長,而傳統計算機按“位元位”呈線性增長。到了一定數量分水嶺,量子計算機的效能就超過了傳統二進位制計算機。

量子平行計算是量子計算機能夠超越經典計算機的關鍵點。量子計算機以指數形式儲存數字,如果將量子位增至500個量子位就能儲存比宇宙中所有原子還多的數字,並能同時進行運算。函式計算不透過經典迴圈演算法,可直接透過平行計算得到,大大縮短工作運算時間和實現可逆計算。注,可逆計算相當於一機兩用或者理解為方向求解,或者還原再造,這種逆向計算和工程學原理,個人認為在工業設計和氣象、交通流量逆向推理、科學實驗方面應用巨大)

量子計算機可以快速、有效的分解資訊,假設我們要計算一個260位的數字,那麼正常的計算機可能需要幾百萬年的時間,才能等到計算結果出來,但是如果使用量子計算機的演算法,計算一個260位數的資訊僅僅需要幾分鐘的時間原理在於平行計算)。

所以說其實量子計算機的執行原理並不複雜,它僅僅是依賴量子不確定性的基礎方程,在數學模型的基礎上建立起來的,而且量子力學不僅僅使計算機的效率得到了極大的提升,在量子通訊、超導體制造、微小電路開關、等有關電子產品的方面都有量子力學的貢獻,量子力學的基礎是基於微觀粒子疊加態的不確定性,但是它必將為人類做出更大的貢獻。現實中已經有國家制造出了擁有5000個量子位的量子計算機)

但量子計算機也有很多問題需要解決,比如量子態很容易在外界的影響下發生改變,精度相比傳統計算機實在是低太多了。一些微小的擾動,都可能帶來極大的誤差。”

“量子能量表現出不連續的分離化性質,其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。這才是研製量子計算機的瓶頸所在”。。。。。。。另一名科學家說到。

“如果在絕對零度下,材料的量子態會比較穩定,但是維持絕對零度需要額外的能量消耗”一名物理學科學家說到。

“或許透過量子反常霍爾效應,我們可以解決這一問題”另一名科學家說到。

“我看可以,三維磁性拓撲絕緣體可以看做是單一量子位,只要利用光纖通訊的集束原理進行摺疊即可實現量子位的相互關聯和狀態改變”一名材料學家說到。

“那麼剩下的問題就是找到一種常溫磁性材料來實現這一量子反常霍爾效應了”另一名材料學家說到。

“從原子級別來說,製造出微型常溫磁性材料應該是可以的”一名原子核科學家說到。

“經過大家的探討,大家有沒有發現,咱們天啟共和國的256進位制球形電路模型,和量子計算機的量子態計算原理有一定的相似性”一名半導體科學家說到。

“是有些相似性,咱們的256進位制球形電路模型可以看做是一個8量子位的量子計算機,雖然強行比喻有點不夠恰當,但是球形電路的巢狀原理是統一的”最後韋慶元總結到。

於是天啟科學院的量子計算機技術模型得到擴充套件,精度提升問題得到解決。天啟共和國量子計算機的研究製造開始加速。

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