量子計算機的真正原理，成功在經典計算機中模擬了量子計算機特性

2020-10-18 博科園

科學家已經展示了量子計算機的真正工作原理，並成功地在經典計算機中模擬了量子計算機的特性，結果應該在決定如何建造量子計算機方面具有非常重要的意義。建造超高速和強大量子計算機的夢想再次成為焦點，世界各地的研究都投入了大量資源。瑞典量子計算機計劃將在十年內建成，歐盟已將量子技術指定為其旗艦項目之一。目前，量子計算機幾乎沒有可用的有用算法，但預計這項技術將在生物、化學和物理系統的模擬中具有巨大的意義。

這些系統對現有最強大的計算機來說都太複雜了，計算機中的位只能取1或0的值，但量子位可以取這兩個值之間的所有值。簡單地說，這意味著量子計算機不需要對它們執行的每一次計算進行同樣多的運算。拉爾森教授和博士生Niklas Johansson，在林雪平大學電氣工程系信息編碼系，已經掌握了量子計算機中發生的事情，以及為什麼量子計算機比經典計算機更強大。其研究成果已經發表在《Entropy》期刊上。

Jan-âke Larsson教授表示：我們已經證明了主要的區別是量子計算機對每個比特都有兩個自由度，通過在經典計算機中模擬一個額外的自由度，可以在量子計算機中實現的相同速度運行一些算法。研究人員構建了一個模擬工具，量子模擬邏輯(Quantum Simulation Logic，QSL)，能夠在經典計算機中模擬量子計算機的操作。模擬工具包含一個，也只有一個，量子計算機具有經典計算機沒有的特性：作為計算的一部分，每一位都有一個額外的自由度。

量子算法

因此，每個比特都有兩個自由度：它可以與機械系統相比，在機械系統中，每個部件都有兩個自由度（位置和速度）。在這種情況下，處理計算比特——攜帶關於函數結果的信息，以及相位比特——攜帶關於函數結構的信息。研究使用模擬工具來研究一些管理函數結構的量子算法。其中有幾個算法在模擬中的運行速度與在量子計算機中運行速度一樣快。結果表明，量子計算機的更高速度來自它們在一個額外信息攜帶自由度內存儲、處理和檢索信息的能力。

這使得能夠更好地理解量子計算機是如何工作的。此外，這些知識應該會使製造量子計算機變得更容易，因為我們知道哪種特性對量子計算機按預期工作最重要。這些門與量子計算機中使用的門相似，工具包模擬了量子計算機的工作方式。例如，在它的幫助下，可以模擬和理解量子密碼學和量子隱形傳態的工作原理，以及一些最常見的量子計算算法，例如Shor的因式分解算法，該算法在當前版本的模擬中工作，但與經典計算機一樣快或慢。

博科園｜研究/來自：林雪平大學

參考期刊《Entropy》

DOI: 10.3390/e21080800

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