量子計算機的算法模型初探

2020-12-05 隱士申子源

量子計算機的工作原理和傳統計算機的根本區別在於,

傳統計算機的運行是對bit(位)的操作,從一串二進位數變成另一串二進位數;決定兩串二進位數如何轉化的是邏輯門。

量子計算機的運行是對qubit(量子位)的操作,從一個量子態演化到另一個量子態,決定兩個量子態如何演化的是量子門,其實質是一個遵循量子力學的Unitary Operator(么正算符)。

以上特質決定了兩種計算機的算法有根本不同。

其一,qubit是可疊加態(這意味著量子計算機可以進行真正意義上的並行計算),而bit必須只能取0或1之一;

其二,qubit的演化必須是么正的,而bit之間如何變化沒什麼具體約束(一個簡單的例子:量子態的演化必須是可逆的,而傳統計算機裡很多邏輯門都是不可逆的,例如與非門)。

作為量子算法的兩個經典例子,傅立葉變換的Shor算法和最短路徑的Grover算法,就應用了量子計算機的獨有特性。兩者的計算複雜度分別是和,而相應傳統計算機算法的計算複雜度分別是和,差距一目了然。

一些補充論述:

任意一個傳統計算機算法,均有其相應量子計算機算法可模擬;

存在不能被傳統計算機算法模擬的量子計算機算法(可以稱為「真正」的量子計算機算法),如上述兩例。

因此,只要造出了位數和現有計算機相近的量子計算機,那麼傳統計算機算法被取代是必然的事情。

直白來說,量子計算機的算法包括了傳統計算機的算法,而且更快捷,

比如,10000+1000的算法過程,

在傳統計算機中,採用的就是, 把10000和1000的數轉化成二進位,再進行相加,也可以在10000 的基礎上進加法運算1000次,也可以編程做成一個基礎的資料庫,進行調用。

而量子計算機對這個算式的運算,首先會做一個狀態判斷,萬位數和千位數的相加,然後在後面的數位狀態相加,再進行一個狀態判斷,這種運算,接近人類的思考模式和運算過程。

最基本的一種量子計算機模型,就是一個太極圖,

用這個模型來處理,狀態判斷程序,會很完美。

進一步複雜點的量子計算機模型,可以模擬四象運行,

從四個維度,四個狀態來建立模型,考慮到糾纏狀態,過度階段還有系統封閉性問題,這個模型會結合五行系統來處理。

隨著模型的複雜程度,可以設計出來64格模型,延伸出來384種運動狀態,事物的演化過程。

這種計算,在處理算法方面,計算數字方面和傳統計算機也許差別不大,

不過在推演事物發展過程,資源分配方面,那性能合理性是非常完美的,匹配造物主。

疾病分類,氣象預測,健康趨勢,基因檢測,職業分類,整合評估,

對那些用邏輯和模糊算法的領域,尤其適用。

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