量子计算机发展论文1500字_量子计算机发展毕业论文范文模板

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　　量子计算机发展论文1500字(一)：量子计算机的发展瓶颈论文

　　到目前为止，量子计算在大多数人眼中是一种革命性的技术。它利用了量子力学的奇特特征，比普通计算机更快地解决某些问题。这些问题包罗万象，涵盖从数学世界到零售业，从物理到金融。如果人们可以正确使用量子计算，它所提供的益处可以提升经济实力并增强美国的竞争力。

　　现状堪忧

　　量子计算的前景在20世纪80年代首次得到认可，但直到现在仍未完全实现。量子計算机的设计、构建和编程非常之难，这使得各类量子计算机实验项目都因噪声、故障和量子相干性损失（也叫退相干）而瘫痪。

　　由振动、温度波动、电磁波以及外部环境的其他相互作用引起的这种相干性损失，最终破坏了计算机的奇异量子特性。鉴于目前普遍存在的退相干和其他错误， ，和电子技术结合困难，无法使其像传统计算机一样进行信息处理，只能活跃在计算技术方面。

　　4）其他计算机。新型的计算机还有纳米计算机，神经网络计算机等。

　　在众多的新型计算机中，量子计算机目前研究的成果比较丰富，具有比较大的操作可行性和商用可能性。现有主要影响的是：量子点、离子阱、量子光学等设计方案，各方案都有关键问题需要解决。

　　3量子计算机的相关理论

　　3.1量子力学

　　3.1.1量子力学的五个基本假设

　　1）量子系统状态可用希尔伯空间中的态矢量描述。

　　2）量子系统的所有力学量都对应希尔伯特空间中的线性厄米算符或厄米矩阵。

　　3）力学量算符间有确定的对易关系，称为量子条件，力学量算符由其对应的量子条件确定。

　　4）孤立量子系统的态矢量随时间演化遵从薛定谔方程。

　　5）描述全同粒子系统的态矢量对于任意一对粒子进行交换是对称（波色子）或反对称（费米子）。

　　3.1.2量子态迭加原理

　　量子态是可以迭加的，是几率幅的迭加，是同一个量子体系各可能状态的线性迭加，迭加后的态是一个新态，具有新的特性，仍然是此量子系统的一个可能态。

　　3.1.3测不准原理

　　不可能对一个物理体系同时测准两个不相容的物理量，不相容的物理量是不对移的。比如动量和坐标就是不相容的物理量，不可能同时测准量子的位置和动量。

　　3.1.4量子纠缠态和贝尔不等式理论

　　对于两粒子系统A和B，若存在态使得两粒子系统的量子态可以写成直积形式，称量子系统处于直积态，否则量子系统处于纠缠态。贝尔基态是两粒子系统的最大纠缠态。目前研究一个量子态是否纠缠，以及如何判断量子纠缠的大小是量子信息的基础理论研究中的重要研究方向。

　　3.1.5量子幺正操作和量子逻辑门

　　孤立量子系统态矢量随时间的动力学演化根据量子力学理论遵从薛定谔方程。幺正算符对应的变化通常称为幺正变换或幺正操作，幺正演化通过量子逻辑门完成。根据作用量子位数目，量子逻辑门分单量子逻辑门、双量子逻辑门和多量子逻辑门。

　　3.2量子计算机的硬件系统研究

　　3.2.1量子点系统

　　通过特殊结构的装置把电子的3个维度都控制在100纳米之内，类似于一个点状，称为量子点。量子点系统是基于固态量子计算的一种量子物理系统和操控模式。量子比特、量子逻辑门、量子相干性和量子测量实验中都已实现，半导体量子点作为量子计算机基本元器件是目前可行道路。

　　3.2.2离子阱系统

　　基于量子光学的量子计算系统，利用电荷与电磁场间的交互作用力牵制电子运动，将其局限在某个小范围内进行操作。目前有线性离子阱、多元离子阱、晶格离子阱、基于光子中介离子阱多种方案，由多国不同的科学小组进行研究。

　　3.2.3量子光学系统

　　量子光学最初是从量子电动力学理论中发展、演变而来。根据有关光的量子理论来研发的量子计算机硬件系统称为量子光学系统。目前光的量子理论尚不完善，但已取得了一系列重大进展。科学家成功使两个光量子的纠缠态达到创纪录的103维，在开发量子计算机方面取得重大进展。

　　4量子计算机的研究状况

　　1）1982年：诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出量子计算机的概念。

　　2）1994年：量子计算机研究正式开始，贝尔实验室的专家彼得·秀尔证明利用量子计算机可用随位数呈多项式增长的运算次数实现分解大数。从根本上动摇了当代密钥的安全基础，成为各国政府和工业界关注的热点。

　　3）1995年，量子搜索算法，证明了量子计算机中对无序数据库进行搜索可以平方根加速。

　　4）1997年：开始进行实用量子计算机实验研究，对相应物理系统的性质和干预能力提出以下要求。

　　①系统的量子体系基本单元是两能级的。

　　②系统能够归零操作（初态制备）。

　　③能对单个量子比特实施任意单量子的幺正操作。

　　④可以有效监测量子演化终态。

　　⑤量子相干时间应满足操作要求。

　　5）2005年：世界第一台量子计算机原型在美国诞生，他基本符合量子力学的全部本质特性。

　　6）2007年：加拿大D-波公司研制成功16位量子比特的超导量子计算机。

　　7）2009年：世界第一台通用编程量子计算机在美国国家标准技术研究院诞生。

　　8）2010年：美国哈佛大学和澳洲昆士兰大学的科学家利用量子计算机准确算出了氢分子所含的能量。同年3月德国于利希研究院中心发表公报：该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机。

　　9）2011年5月：德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家格哈德·瑞普领导的科研小组，首次成功的实现了用单原子存储量子信息。

　　10）2012年12月：塞尔日·阿罗什和戴维·维因兰，由于“独立发明和发展了测量和操纵单个粒子的同时，又保持其量子性质的方法”而获得2012年诺贝尔物理奖。

　　11）2013年5月：谷歌公司和美国国家航空航天局联手购入全球仅有的第二台D-波商用量子计算机，将建立一个专门实验室致力于借助量子计算推动人工智能领域的诸多课题。但是该计算机只是模拟设备，用冷却到接近绝对零度的超导线路上的电流方向来模拟量子的自旋态，虽然计算机的速度不是很快，但的确是利用量子效应运行的，并非一台通用量子计算机，是可编程的量子模拟实验机。

　　5结论

　　目前，在少数几个量子比特的物理体系中，人们已经成功地演示了量子计算的基本原理、逻辑门操作、量子编码和简单的量子算法，证实量子计算机实现不存在原则性的困难。并且已经在离子阱系统中实现多达16个量子比特的操控。预计在未来5-10年随着材料学和量子科学的发展，必然会出现实质性技术突破，真正的量子计算机将会出现在我们的世界中，将人类的文明提升到新的高度。