量子計(jì)算的創(chuàng)始人戴維-多伊奇曾說過，如果你認(rèn)為自己了解量子計(jì)算，那你就需要重新思考。這個(gè)世界上沒有人真正了解量子世界到底發(fā)生了什么。但我們?nèi)匀辉噲D對其進(jìn)行估算。這就是量子計(jì)算的全部：概率。這篇文章維大家?guī)砻绹ゼ痈绱髮W(xué)量子計(jì)算物理課程輔導(dǎo)。

一、什么是量子計(jì)算機(jī)?

如果你想在 60 秒內(nèi)得到一個(gè)包含所有熱門詞匯的答案，那么你現(xiàn)在就可以離開這篇文章。但如果你真的想了解什么是量子計(jì)算機(jī)，它是如何工作的，以及量子糾纏的量子比特是什么，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這篇文章非常有用!

許多科技期刊都在炒作量子計(jì)算機(jī)，認(rèn)為它將超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)，還鼓吹人類將在未來幾年在手持設(shè)備中擁有類似超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力。但事實(shí)是，量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)完全不同，量子計(jì)算機(jī)是專門為解決以往任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)都無法解決的耗時(shí)過長的數(shù)學(xué)問題而制造的。

目前的觀念將量子計(jì)算的杰作歸結(jié)為一個(gè)量子比特的字節(jié)容量。讓我們來揭穿這種說法。就算量子比特的信息量是經(jīng)典比特的十億倍，谷歌的 53 量子比特芯片也只相當(dāng)于 6.6 Gbytes 的經(jīng)典存儲(chǔ)空間。而你現(xiàn)在所持的智能手機(jī)的存儲(chǔ)空間可能超過 64G。

量子比特的應(yīng)用不僅僅是比傳統(tǒng)比特存儲(chǔ)更多的信息。的確，它可以同時(shí)存在于兩種狀態(tài)，因此可以存儲(chǔ)比經(jīng)典機(jī)器多 2 倍的信息。當(dāng)我們談?wù)摬⑿杏?jì)算和解決人工智能問題時(shí)，量子計(jì)算機(jī)才真正大放異彩。

人工智能算法傳統(tǒng)上在 GPU 上運(yùn)行，因?yàn)樗募軜?gòu)可以模擬多個(gè)場景，并行計(jì)算概率，幫助算法從不同的場景和概率中學(xué)習(xí)。與 GPU 一樣，量子計(jì)算機(jī)在運(yùn)行并行模擬方面也具有超高的效率，可大幅減少算法的迭代次數(shù)，從而達(dá)到理想的結(jié)果。從這個(gè)角度來看，現(xiàn)代 GPU 在 10,000 年內(nèi)執(zhí)行的并行操作次數(shù)，量子計(jì)算機(jī)只需約 200 秒就能模擬完成。

經(jīng)典圖形處理器和中央處理器的并行計(jì)算能力可以線性擴(kuò)展，而算法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)卻可能呈指數(shù)級(jí)增長!量子計(jì)算機(jī)利用量子糾纏和疊加等概念來并行制造多個(gè)計(jì)算，當(dāng)算法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長時(shí)，量子比特可以保持的量子態(tài)也呈指數(shù)增長，因?yàn)橐粋€(gè)量子比特可以同時(shí)為零和一。

二、什么是 Qubits?

傳統(tǒng)機(jī)器通過二進(jìn)制位來存儲(chǔ)和處理信息，二進(jìn)制位可以是 0，也可以是 1。這些值組合在一起可以表示字符、整數(shù)或其他數(shù)據(jù)類型。

被稱為量子比特的二進(jìn)制位也可以保持零和一這樣的值，但它們可以同時(shí)保持這些值。這是由于疊加現(xiàn)象造成的。由于量子比特的值是由其自旋決定的，因此兩個(gè)值同時(shí)存在于一個(gè)量子比特上。每個(gè)量子位都有一個(gè)自旋，或正或負(fù)。這種自旋可以用二進(jìn)制表示為 1 或 0。然而，在任何給定時(shí)間內(nèi)，量子比特都有可能具有正自旋，用 "1 "表示;也有可能具有負(fù)自旋，用 "0 "表示。

因此，在任何給定時(shí)刻，量子比特具有上旋的概率用 alpha 表示，具有下旋的概率用 Beta 表示，等式為|Ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩

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