量子電腦
susan | 28 十月, 2009 19:10
這是最簡明的名詞解釋量子電腦 Quantum Computer。
量子電腦的概念為透過量子力學的應用，提高微處理器的速度，將電晶體壓縮到原子般的體積大小，以在極小的面積內於入數十億顆的電晶體，讓資料以近光速的速度傳輸。因此，利用量子狀態來進行資訊處理的電股設備，就稱為量子電腦。
在量子電腦中，利用原子的能階代表資訊的0與1，以氫原子的基態表示0，以激發態表示1。
---------------------------------------------------------------------
這是公元2000年當時的資訊
量子電腦的概念是，透過量子力學的應用，加快微處理器的速度，希望將電晶體壓縮到原子般大小，然後在極小的面積中放入數十億顆電晶體，進而讓資料在傳送時能以接近光速的速度進行。簡單的說，利用量子狀態來進行資訊處理的實體裝置，稱之為量子電腦。1980年代初期，科學家認為，量子電腦原則上是可行的。目前量子電腦已進入實驗階段。
一、從計算方式看量子電腦與傳統電腦：
在一般電腦裡，我們利用電位的高低代表0(不帶電)、1(帶電)，組成各種資訊。但在量子電腦中，則利用原子的能階代表資訊的0與1，我們以氫原子的基態表示0(|0>)，激發態表示1(|1>)。而1個位元的量子資訊(量子位元)就稱為qubit。它可以是2個狀態的線性組合，代表該位元在某一瞬間的狀態。這種狀態，物理學上稱為同調態(co-herent states)。因此，一串氫原子就可以組成各種資訊。
量子電腦的|0>和|1>在任何時候都同時存在，只是比例不同而已，從起始值開始，它就同時代表了所有可能的狀態，所以能夠一次計算所有可能狀況，這就是量子平行處理(quantum parallelism)。這樣強大的運算能力是傳統電腦所不及的。
舉例來說，在相同位元數下，量子電腦的執行速度是目前電腦的2的N次方，而其大量計算的能力也遠遠超過現有的電腦，因為量子電腦可以做因數分解，而這是傳統電腦所做不到的。若利用現行的Pentium Ⅲ來分解一個長度1000位的質數，將要花上250億年，但是量子電腦只需要極短的時間就可以做到。
二、從量子邏輯閘與布林邏輯閘比較傳統電腦與量子電腦：
量子電腦的電子裝置波動行為是以量子邏輯閘為主，而傳統電腦是布林邏輯閘。兩者的差異在於量子凝聚性疊置(quantum parallelism)。所謂量子凝聚性疊置，是藉由制端脈波寬度的方式，兩種電磁波可以進行疊置。這是因為研究人員觀察電子裝置的波動行為，證實代表2種電子狀態(電中性狀態的電磁波，以及擁有2個電子之帶電狀態的電磁波)的2種波形可以互相重疊。
由0與1計算方式以及量子邏輯閘，可知量子電腦比傳統電腦更優秀的原因。
要實現量子電腦，技術上必須利用固態元件來建造qubit處理器，也就是採用固態的積體電路 (circuit, integrated(IC)) ，才能使閘極的配置隨意進行設計。所以，未來在建造量子電腦時，可以直接利用現有的半導體製造技術。
---------------------------------------------------------------------
這是擷取自維基百科的解釋
量子計算機，早先由理察·費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理察·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。
量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處於理論推導等等紙上談兵狀態。一直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因數分解演算法後，因其對於現在通行於銀行及網路等處的RSA加密演算法可以破解而構成威脅之後，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力於利用各種量子系統來實現量子計算機。
半導體靠控制積體電路來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。
1994年，貝爾實驗室的專家彼得·修爾（Peter Shor）證明量子電腦能做出對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子電腦，就能解開1024位元電腦花上數十年解決的問題。
維基百科中更完整的資訊
摘錄自一篇論文
有朝一日，量子電腦真的能成為事實，除了速度快以外，它還能做到許多當前電腦做不到的事。目前，量子電腦已經由「史前時代」進入了「實驗時代」了，人們在找尋更多適用於量子電腦的計算法則，以能充分發揮量子電腦的功效。雖然，我們還不知道量子電腦的研究何時才會變成工程問題，但是，目前的成就已足使每個人振奮了。
讀過費因曼(R. P. Feynman) 的故事的人都知道，他也曾應聘至某電腦公司去設計電腦。物理學家，怎麼也設計起電腦來了？原來，當電腦越作越小，速度越來越快，量子力學的效應就不能不考慮了。五十年來、幾乎每隔兩年，電腦的速度就加快了一倍。大家可以想想，身邊的個人電腦。從十幾年前的蘋果二號電腦，到現在的586 就是一個例子。但是，這個趨勢會繼續下去嗎？總有一天，路會走到盡頭。無論如何快，訊號傳遞的速度不會快於光速。無論積體電路做得如何小，總不會小過原子。當這一天來臨時，怎麼辦？這個世界將變成什樣子？
其實，幾十年前 IBM 公司的 R.Landauer 及 C. H. Bennett 就已經在考慮這個問題了。他們要問的問題是；到底電路元件，最小可以做到多小？計算過程中，最少要花多少能量？電腦，無論如何也該遵守物理定律。例如，熱力學就告訴我們：一個引擎的效率有一定的極限。那麼，對於量子電腦，是否也有某些物理極限存在呢？
80年代初期， P. Benioff 告訴我們，原則上量子電腦是可行的。後來有英國的 D. Deutsch 及美國、以色列等的其它一些人，也做過一些研究。不過 80 年代中期，這股熱潮卻又衰退了。主要原因是：他們研究的量子電腦，「非常的抽象」；討論的問題總是，例如，貝爾不等式、多世詮釋 (many-worlds interpretation) 、EPR 悖論‧‧‧等等。而且跡象顯示，量子電腦很容易出錯，確不容易修正。不過費因曼卻認為，量子電腦，仍有研究的價值，可能可以用來模擬其它的量子系統。但是，它能以更高的速度解其它的數學問嗎？
過去三年來，情況有所改觀 1993 年 S. Lloyd 找到了一堆可以作為量子電腦的系統。 P. W. Shor 更告訴我們：量子電腦可以做因數分解；一個傳統電腦中重要卻又困難的問題。而且它計算所需的時間，只與該數的對數成多項式關係；這是傳統電腦所作不到的。這個結果令人振奮。大家討論的重點已經實際到，例如，H. F. Chau 及F. Wilczek 討論如何設計邏輯元件[1]及 B. Schumacher 討論量子編碼及資料壓縮、傳輸之類的了。[2]
閱讀論文原文
量子電腦的概念為透過量子力學的應用，提高微處理器的速度，將電晶體壓縮到原子般的體積大小，以在極小的面積內於入數十億顆的電晶體，讓資料以近光速的速度傳輸。因此，利用量子狀態來進行資訊處理的電股設備，就稱為量子電腦。
在量子電腦中，利用原子的能階代表資訊的0與1，以氫原子的基態表示0，以激發態表示1。
---------------------------------------------------------------------
這是公元2000年當時的資訊
量子電腦的概念是，透過量子力學的應用，加快微處理器的速度，希望將電晶體壓縮到原子般大小，然後在極小的面積中放入數十億顆電晶體，進而讓資料在傳送時能以接近光速的速度進行。簡單的說，利用量子狀態來進行資訊處理的實體裝置，稱之為量子電腦。1980年代初期，科學家認為，量子電腦原則上是可行的。目前量子電腦已進入實驗階段。
一、從計算方式看量子電腦與傳統電腦：
在一般電腦裡，我們利用電位的高低代表0(不帶電)、1(帶電)，組成各種資訊。但在量子電腦中，則利用原子的能階代表資訊的0與1，我們以氫原子的基態表示0(|0>)，激發態表示1(|1>)。而1個位元的量子資訊(量子位元)就稱為qubit。它可以是2個狀態的線性組合，代表該位元在某一瞬間的狀態。這種狀態，物理學上稱為同調態(co-herent states)。因此，一串氫原子就可以組成各種資訊。
量子電腦的|0>和|1>在任何時候都同時存在，只是比例不同而已，從起始值開始，它就同時代表了所有可能的狀態，所以能夠一次計算所有可能狀況，這就是量子平行處理(quantum parallelism)。這樣強大的運算能力是傳統電腦所不及的。
舉例來說，在相同位元數下，量子電腦的執行速度是目前電腦的2的N次方，而其大量計算的能力也遠遠超過現有的電腦，因為量子電腦可以做因數分解，而這是傳統電腦所做不到的。若利用現行的Pentium Ⅲ來分解一個長度1000位的質數，將要花上250億年，但是量子電腦只需要極短的時間就可以做到。
二、從量子邏輯閘與布林邏輯閘比較傳統電腦與量子電腦：
量子電腦的電子裝置波動行為是以量子邏輯閘為主，而傳統電腦是布林邏輯閘。兩者的差異在於量子凝聚性疊置(quantum parallelism)。所謂量子凝聚性疊置，是藉由制端脈波寬度的方式，兩種電磁波可以進行疊置。這是因為研究人員觀察電子裝置的波動行為，證實代表2種電子狀態(電中性狀態的電磁波，以及擁有2個電子之帶電狀態的電磁波)的2種波形可以互相重疊。
由0與1計算方式以及量子邏輯閘，可知量子電腦比傳統電腦更優秀的原因。
要實現量子電腦，技術上必須利用固態元件來建造qubit處理器，也就是採用固態的積體電路 (circuit, integrated(IC)) ，才能使閘極的配置隨意進行設計。所以，未來在建造量子電腦時，可以直接利用現有的半導體製造技術。
---------------------------------------------------------------------
這是擷取自維基百科的解釋
量子計算機，早先由理察·費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理察·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。
量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處於理論推導等等紙上談兵狀態。一直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因數分解演算法後，因其對於現在通行於銀行及網路等處的RSA加密演算法可以破解而構成威脅之後，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力於利用各種量子系統來實現量子計算機。
半導體靠控制積體電路來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。
1994年，貝爾實驗室的專家彼得·修爾（Peter Shor）證明量子電腦能做出對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子電腦，就能解開1024位元電腦花上數十年解決的問題。
維基百科中更完整的資訊
摘錄自一篇論文
有朝一日，量子電腦真的能成為事實，除了速度快以外，它還能做到許多當前電腦做不到的事。目前，量子電腦已經由「史前時代」進入了「實驗時代」了，人們在找尋更多適用於量子電腦的計算法則，以能充分發揮量子電腦的功效。雖然，我們還不知道量子電腦的研究何時才會變成工程問題，但是，目前的成就已足使每個人振奮了。
讀過費因曼(R. P. Feynman) 的故事的人都知道，他也曾應聘至某電腦公司去設計電腦。物理學家，怎麼也設計起電腦來了？原來，當電腦越作越小，速度越來越快，量子力學的效應就不能不考慮了。五十年來、幾乎每隔兩年，電腦的速度就加快了一倍。大家可以想想，身邊的個人電腦。從十幾年前的蘋果二號電腦，到現在的586 就是一個例子。但是，這個趨勢會繼續下去嗎？總有一天，路會走到盡頭。無論如何快，訊號傳遞的速度不會快於光速。無論積體電路做得如何小，總不會小過原子。當這一天來臨時，怎麼辦？這個世界將變成什樣子？
其實，幾十年前 IBM 公司的 R.Landauer 及 C. H. Bennett 就已經在考慮這個問題了。他們要問的問題是；到底電路元件，最小可以做到多小？計算過程中，最少要花多少能量？電腦，無論如何也該遵守物理定律。例如，熱力學就告訴我們：一個引擎的效率有一定的極限。那麼，對於量子電腦，是否也有某些物理極限存在呢？
80年代初期， P. Benioff 告訴我們，原則上量子電腦是可行的。後來有英國的 D. Deutsch 及美國、以色列等的其它一些人，也做過一些研究。不過 80 年代中期，這股熱潮卻又衰退了。主要原因是：他們研究的量子電腦，「非常的抽象」；討論的問題總是，例如，貝爾不等式、多世詮釋 (many-worlds interpretation) 、EPR 悖論‧‧‧等等。而且跡象顯示，量子電腦很容易出錯，確不容易修正。不過費因曼卻認為，量子電腦，仍有研究的價值，可能可以用來模擬其它的量子系統。但是，它能以更高的速度解其它的數學問嗎？
過去三年來，情況有所改觀 1993 年 S. Lloyd 找到了一堆可以作為量子電腦的系統。 P. W. Shor 更告訴我們：量子電腦可以做因數分解；一個傳統電腦中重要卻又困難的問題。而且它計算所需的時間，只與該數的對數成多項式關係；這是傳統電腦所作不到的。這個結果令人振奮。大家討論的重點已經實際到，例如，H. F. Chau 及F. Wilczek 討論如何設計邏輯元件[1]及 B. Schumacher 討論量子編碼及資料壓縮、傳輸之類的了。[2]
閱讀論文原文
No comments:
Post a Comment