量子计算机的原理与应用

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2019.01

（接上页）参考文献

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1 前言

2017年5月，中科院曾经声明：“中国诞生了世界第一台超越早期经典计算机的光量子计算机”。通过中科院公布的资料可知，下图1为中科院研制的光量子计算机线路图。笔者认为，量

子计算机取得重大成就的一个重要原因是其计算限制的突破。

图1 中科院研制的光量子计算机线路图

1 量子计算机的原理分析

通过研究发现，量子计算机与经典的计算机的一个重要的差异是前者能够同时实现0和1的存储。相应地，我们可以对量子存储器和经典存储器进行比较，前者能够同时存储2N 个数据，后者智能存储这些数据中的其中一个。就传统计算机和量子计算机的运算能力进行比较，举个生动形象的例子：使用传统计算机相当于用两只手在弹钢琴，而量子计算机相当于一千多只手在同时弹钢琴。2013年6月，在国际上我国首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验，这证明了它的计算速度是经典计算机无法企及的。如此看来，其与经典计算机差异非常大，量子计算机的运算资源利用率非常高。

2 量子计算机的优势及应用

2.1 量子计算机的优势

相较于传统计算机而言，量子计算机所运用的是可逆运算，这将有效地降低传统运算时的热损耗，还可以解决因经典计算机电路过于密集而产生大量热量而破坏芯片和计算机的问题。其次，两者的算法有着本质的区别，经典计算机仅仅是单线程运算，可量子计算机则是并行运算，这在一些特殊场合有着无法比拟的优势。最后，量子计算机的储存能力也是远远超越于经典计算机的。2.2 量子计算机的应用

量子计算机是发展人工智能的关键，理论上还具有模拟任意自然系统的能力。鉴于量子计算机具有经典计算机所无法企及的计算能力，因此其作用非常大。其优势也是非常明显的，量子计算机不仅可以在加密领域中有深入的应用，更能在破译领域有广泛的应用。 2.2.1 量子计算机在天气预报中的应用

我们如果使用量子计算机同时对于所有汇总信息进行分析，进而得到结果，我们就能够得知天气的精准变化，因此避免巨大的经济损失。目前引起天气的变化因素很多，如风、海洋、云层等等，就连在地球这一端的蝴蝶如果轻轻挥动翅膀，就有很大可能引起另一端的天气变化。目前的经典计算机系统还不足以对如此繁多的因素进行计算和分析，但是量子计算机未来可以突破这个难关，它的运算能力会让气象预报更精确。2.2.2 量子计算机在交通调度中的应用

量子计算机能依据现有的交通情况预测交通状况，进而完成深度分析，进行调度和优化。

在交通出行的过程中，量子计算机可以为司机规划最优路线，最大程度上减小工作量。比如自驾旅游时，旅程中要在多个地方停留，普通计算机可能首先对所有可能行走路线长度分别计算，其次对最便捷路线进行筛选。可是，量子计算机则可以对所有行走路线长度进行计算，并以更快的速度筛选出最便捷路线。2.2.3 量子计算机在保密通信中的应用

量子计算机的加密通信由于其不可复制的原理，将无法让入侵者在不被发现的情况下进行破译和窃听，这也是由量子计算机本身的性质决定的。

3 结束语

对于量子计算机的研究，不能把它放在单一的学科去研究，而是要把多个学科综合起来，因为量子计算机的研究范围非常广泛。量子计算机的研究范围不仅包括了电子学和信息论的内容，还包括了物理学和量子力学等学科的内容。正是因为量子计算机所涵盖的内容如此之多，才使量子计算机不断地得到发展与改进。但是，我们必须正视量子计算机发展过程中存在较多问题和不足的事实。当这些问题得到有效处理，加上相关学科的带动发展，在不久的将来，量子计算机必定在越来越多的领域得到应用。让我们拭目以待，量子计算机必将会推动人类社会的发展与进步。参考文献

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赵 壮

（武汉经济技术开发区第一中学，武汉 430056）

摘要：在上世纪六七十年代，人们通过研究分析得到计算机芯片发热的原因。发热影响芯片的集成度，不仅如此，由于受到这个影响，计算机的运行速度会有所下降。这对于经常使用笔记本电脑的用户来讲是深有体会的。科学家在研发量子计算机的时候，其最初的目的是为了突破普通计算机在计算方面的限制。据此，量子计算机才具有了进行研究的价值。笔者通过分析和研究其原理和应用探索到量子计算机对人类社会经济发展的推动作用。

关键词：量子计算机；原理；应用doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.01.120中图分类号：TP3-1 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）01-0161-01