量子计算机通过量子叠加存储信息!量子计算机组成分析!

在下述的内容中，小编将会对量子计算机的相关消息予以报道，如果量子计算机是您想要了解的焦点之一，不妨和小编共同阅读这篇文章哦。

一、量子计算机组成

量子计算机和许多计算机一样都是由许多硬件和软件组成的，软件方面包括量子算法、量子编码等，在硬件方面包括量子晶体管、量子存储器、量子效应器等。

量子晶体管就是通过电子高速运动来突破物理的能量界限，从而实现晶体管的开关作用，这种晶体管控制开关的速度很快，晶体管比起普通的芯片运算能力强很多，而且对使用的环境条件适应能力很强，所以在未来的发展中，晶体管是量子计算机不可缺少的一部分。量子储存器是一种储存信息效率很高的储存器，它能够在非常短时间里对任何计算信息进行赋值，是量子计算机不可缺少的组成部分，也是量子计算机最重要的部分之一。量子计算机的效应器就是一个大型的控制系统，能够控制各部件的运行。这些组成在量子计算机的发展中占领着主要的地位，发挥着重要的运用。

二、量子计算机应用前景

量子计算机理论上具有模拟任意自然系统的能力，同时也是发展人工智能的关键。由于量子计算机在并行运算上的强大能力，使它有能力快速完成经典计算机无法完成的计算。这种优势在加密和破译等领域有着巨大的应用。

(1)天气预报：如果我们使用量子计算机在同一时间对于所有的信息进行分析，并得出结果，那么我们就可以得知天气变化的精确走向，从而避免大量的经济损失。

(2)药物研制：量子计算机对于研制新的药物也有着极大的优势，量子计算机能描绘出万亿计的分子组成，并且选择出其中最有可能的方法，这将提高人们发明新型药物的速度，并且能够更个性化的对于药理进行分析。

(3)交通调度：量子计算机可以根据现有的交通状况预测交通状况，完成深度的分析，进行交通调度和优化。

(4)保密通信：不仅仅是对于我们生活相近的方面，量子计算机对于加密通信由于其不可克隆原理，将会使得入侵者不能在不被发现的情况下进行破译和窃听，这是量子计算机本身的性质决定的。

当地时间2022年6月9日，英国国防部宣布，获得政府首台量子计算机。

三、量子计算机通过量子叠加存储信息

量子比特是量子计算机的基本信息单元。与常规计算机使用的非0即1的二进制码不同，量子比特可同时以0和1的状态存在。这种不确定性来源于物理学中的量子叠加：一个量子系统能同时存在于多个分离的量子态中。

想要进一步理解量子叠加，就不得不提及著名量子物理学家薛定谔的那只“既死又活”的猫。

薛定谔的猫其实是一个思想实验。它假定一只猫被关在一个密闭房间内，房间里有一瓶装着剧毒气体的玻璃瓶，瓶上方有一个装有放射性原子的盒子。放射性原子有一定概率发生衰变。盒里还有一个机关侦测放射性原子是否发生衰变。若发生了衰变，机关将控制一个锤子砸碎玻璃瓶，释放出毒气，从而使猫死亡。

但有一个问题出现了：假定关猫的盒子不透明且隔音，不打开盒子的话便无法知道猫的死活。如果问猫是死是活，怎么回答?不打开盒子的话只能推断猫可能是死的，也可能是活的。

因此，现在盒子里关着一只“既死且活”的猫。虽然我们在实际生活中并不会遇到这样的“幽灵猫”，但量子比特却存在相似的情况。量子比特可以同时具有两个或两个以上的多重状态(叠加态)，这种现象就是量子叠加。

打破叠加态的方法是测量。例如，我们打开盒子后便知道了猫的生死。因为我们得到了确定的结果(非死即活)，叠加态便不复存在，物理描述为叠加态坍缩到某一个量子态。这个打开盒子的过程就是测量。

量子计算机的计算过程便涉及通过测量量子比特，使其量子态坍缩为0或1。这就使得量子计算机与我们日常生活中接触的计算机甚至是超级计算机都有着巨大差别。普通计算机每一比特(byte)仅能存储两种可能状态：非0即1。但量子计算机不同。由于量子叠加，每个量子比特理论上可同时存储0或1这两种状态，这使得量子比特拥有比比特更大的信息存储能力。比如，由于2的8次方等于256，故具有8比特的二进制计算机能表示0到255之间的任一个数字。但具有8量子比特的量子计算机可同时表示0到255之间的每个数字。

量子计算机正是通过量子叠加实现同时存储大量信息的功能。因此，它们可以在处理复杂任务时，快速存储大量数据，探索多种可能并选择最有效的解决途径。

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