量子计算和量子逻辑门
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2025-05-14
量子
计算机
计算
逻辑
提出
Moore
定律
发展
经典
世纪
150.7 KB
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1 引言
量子信息是量子物理与信息科学相融合的新兴交叉学科 ,它诞生于上
个世纪 80年代 ,在 90年代中期引起国际学术界的巨大兴趣 ,受到西方各国的
高度重视 ,得到迅速发展 ,迄今方兴未艾！
量子计算是量子信息的一个重要分支， 近年来得到了人们广泛的关注。
量子计算机是实现量子计算（ quantum computation）的机器。量子计算和
量子计算机概念起源于著名物理学家 Richard Feynman，是他在 1982年研
究用经典计算机模拟量子力学系统时提出的。 1985年，量子图灵机（Turing）
的模型被 David Deutsch提出，通过它的性质的研究， 预言了量子计算机的
潜在能力。由于量子计算机依赖于量子力学规律处理信息，所以它有着经
典计算机永远不可逾越的巨大优势。量子计算机不但可以提供更多的比特
以及更高的时钟速度，它还提供了一种基于量子原理的算法的全新计算方
法 [1]。量子计算机中的信息是用量子逻辑门来进行处理的。量子逻辑门是
实现量子计算的基础。为了实现量子计算，也就是说构建量子计算机，必
须选择与设计合适的物理体系并控制它以实现量子逻辑门。目前，已经有
许多作为执行这些量子计算系统的逻辑门的方案被提出，而且其中许多方
案已经实现。例如，离子阱 [2]、腔量子电动力学 [3]、核磁共振 [4]、量子点 [5]
和基于 Josephson结的超导体方案 [6]等。
基于 Alan Turing理论发展起来的现代计算机科学在近几十年中取得惊
人的发展 ,计算机硬件能力在 20 世纪 60 年代后的几十年时间里以近似
Moore定律成长。随着电路集成度的提高 ,进一步提高芯片集成度已极为困
难。当集成电路的线宽在 011μm以下时 ,电子的波动性质便明显地显现出
来。这种波动性就是量子效应。为此 ,多数观察家预期 Moore 定律将在 21
世纪前二十年内结束 ,人们在考虑替代当前计算机的新途径。物理学方面 ,
自 Max Planck 在 1900年提出量子假说以来 ,量子力学给人类生活带来翻天
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覆地的变化 ,改变了经典物理学对世界的认知方式。 Moore 定律最终失效问
题的一个可能解决办法是采用不同的计算模式 ,量子计算理论就是这类模
式的一种。但是直到 1
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