莎弥拉量子计算技巧

一提到量子计算机，大家的第一反应就是快，具体能有多快呢？简单来说，在某些特定场景下，现在地表最强的超级计算机在几亿年都运算不完的问题，用量子计算机只需几秒就能够搞定。 量子计算之所以可以如此快，其本质在于基层运算逻辑和电子计算机完全不同。如今我们所处的互联网时代，其底层逻辑都是基于单项运行的二进制来开展的。传统计算机的核心就是 cpu， 而 cpu 的本质就是由无数个晶体管构成的大号控制器，每一个晶体管就像是一个开关，通过开关的打开和闭合表示零和一。而零和一的二进制组合可以表示任何数字、字母以及像素点，所以屏幕上呈现的文字和照片都可以用最基本的 零和一的组合表示。但是零和一的组合是线性过程，想要表示更多的信息，零和一的组合长度也会更长。经典的 cpu 在处理二进制时，一次操作只能处理一次，信息越多， cpu 处理的时间就越长。 量子计算机之所以快，是因为不再采用二进制这种简单线性的操作方式，而是采用量子位，也就是量子比特。 可能很多人对量子比特的概念比较陌生，但是经常看我视频的粉丝肯定会对量子力学有一定的了解。 量子力学是研究微观世界的一门学科，具体来说，微观世界就是次原子世界，也就是比原子还小的那些粒子构成的世界。而微观粒子的运动和宏观物体完全不同，微观粒子具有玻璃二项性量子叠加态通俗一点 说，微观粒子可以同时处于多个位置，而这些位置分布可以弥漫整个宇宙空间，所以微观粒子就特别像是波，而大部分时候，波的能量往往会聚集到某一个固定的空间尺度上，从而形成波包，而波包就是我们常常说的粒子状态， 如果波包比较分散，这时候微观粒子就更像是一条波，这也就是粒子波力二象性的体现。从本质上来说，微观粒子的内柄属性就是模糊不确定的，这种性质也造就了量子叠加的特异现象。 量子叠加就是量子系统的量子肽，可以是几种不同量子肽中的任何一种。通俗一点来说，一个粒子在测量之前可以处于多种状态，比如电子的自旋，他是内在角动量的表现，未测量前， 电子既是上旋也是下旋。而一旦测量电子的自旋，其结果要么就是上旋，要么就是下旋，这时候叠加肽就会消失。量子计算器的本质就是利用微观粒子可以处于叠加肽的特性制造的，然而， 微观粒子的量子叠加肽很容易受到外界的能量干扰，导致叠加肽坍塌，也就是从量子肽过渡到经典肽，这就是量子推香干。 如果想要量子计算机持续运行，就得一直保证粒子处于叠加态，这就对外界的环境要求极为苛刻， 所以量子计算机必须待在冰箱里，这种冰箱所提供的温度仅仅只能比绝对零度高一点点，以杜绝外界粒子的能量干扰，只有这样，粒子的叠加态才能持续维持住。 我们可以想象一个量子位的自选叠加态代表零和一。在没有对量子位操作之前，量子位可以处于零和一的任何状态。其实量子位可以用任何基本粒子来代替，比如电子、光子，这是因为微观粒子都具有叠加态，用哪一种粒子都无所谓的。 在数学上，我们可以将叠加态写成普塞，其中普塞代表的是波函数，表示量子位的叠加，阿尔法的平方表示叠加态处于零的概率，贝塔的平方表示叠加态处于一的概率。 但不管如何，零或一的总概率必须为百分之百，所以阿尔法的平方加上贝塔的平方就必须等于一。在经典计算机的二进制中，如果我们选择阿尔法为一的话，那贝塔就必然为零，反之 易燃。但是在量子计算机中，只要满足阿尔法的平方加贝塔的平方等于一，阿尔法和贝塔就可以在公式成立的前提下取零到一之间的任何值。比如，当阿尔法取根二分之一，那贝塔的取值也就是根二分之一。 正是因为阿尔法和贝塔的取值在满足公式的前提下可以取任何值，所以理论上他们就能处理无数个问题。 比如，当输入的量子位为一时，输出对应的一个结果，输入量子位为零的时候，又输出一个结果。 除此之外，当输入量子位处于零到一的任何一个数字时，就会输出相对应的结果。所以我们就可以通过量子位的叠加，同时处理介于零到一之间的任何数值的运算。但要注意，量子计算 机在运行的时候是不能测量的，因为测量行为会导致叠加太坍塌，这就会造成一个问题，输出的结果是以概率的形式呈现的。而我们如果要通过量子计算机处理问题，就必须得到确定的，也就是经典的结果， 不然的话，量子计算运行的结果就会造成混乱数据的局面，这就需要量子编程科学家通过极其复杂且精妙的设计程序，提高精确答案的概率，这就是量子纠错。那我们应该怎么操作才能提高量子纠错的能力呢？ 由于叠加态就和波一样，如果要想获得精确的答案，我们就需要对错误的结果进行破坏性的干扰，有目的且精确的干扰尽可能排除掉所有的错误项，这样就会提高获得正确答案的概率。如果量子纠错的能力越 强，那么量子计算获得正确答案的概率也就越高，这样一来，量子计算机才能真正步入商业化。目前世界上顶尖科技公司大都在布局量子计算，比如谷歌和 ibm， 这一点国内企业做的如何呢？事实上，阿里很早就开始布局量子计算，阿里达摩院量子实验室自二零一七年成立以来，在芯片制备、比特相干、时长门操控、量子纠错等领域均取得世界一流成果。 在去年，达摩院基于新型超导量子比特 flaxsonium 成功设计制造的两比特量子处理器，实现了单比特操控精度超百分之九十九点九七，两比特 iswip 门操控精度最高达百分之九十九点七二，取得此类比特全球最佳水平，性能逼近业界主 流的 trans 摩比特。而就在近期，达摩院量子实验室发布了量子技术开源计划，亚克斯将包括控制电子学系统、容错控制架构、纠错码编引器、量子硬件模拟器等全站开源。达摩院希望通过亚克斯构建开放的量子计算基础设施， 让从业者可以从最底层理解量子计算机系统的构造和挑战，基于此，前沿技术创新创业，参与塑造量子计算的未来。 事实上，前沿物理学基本上都是乌云，而只有勇于突破乌云，才能真正掌控科学的制高点，只有这样，才能让基础研究带来科技增量，期待量子领域获得更多更大的突破，不断刷新人类科技的制高点。

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