量子比特是如何工作的，它们的优缺点是什么？它们会对编程语言产生什么影响？ [关闭]答案

【问题标题】：How do qubits work and what are their pros and cons? What impact will they have on programming languages? [closed]量子比特是如何工作的，它们的优缺点是什么？它们会对编程语言产生什么影响？ [关闭]
【发布时间】：2011-03-24 11:24:37
【问题描述】：

我们可以用量子比特比普通比特做更多的事情，它们是如何工作的？我前段时间读过它们，看来量子比特不仅可以存储 0 或 1，还可以同时存储 0 和 1。我真的不明白他们是如何工作的。有人可以向我解释一下吗？

它们的优缺点是什么，在量子计算机真正发明之后，它们会对 C 等编程语言产生什么影响？

当一个位（也是一个量子）可以一次取多个值时，我们将如何管理内存？当不止 1 和 0 时，我们如何确定某事物是真还是假？

【问题讨论】：

如果我所读到的有关量子计算的信息属实，量子位将终结我们所知道的传统密码学。当前计算机需要数年的时间将由量子计算机以亚秒级的速度处理。如果您有兴趣，请阅读维基百科上的量子位和量子计算。 en.wikipedia.org/wiki/Qubits en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computer
P.S.未来在量子计算机上运行的操作系统甚至可能需要不到十秒的时间来启动。 :p
见[有谁知道“量子计算”是什么？ ](stackoverflow.com/questions/3163234/…)。
嗯。所以一个量子比特可以存储 0 和 1 的叠加，但是我们到底怎么才能给一个永远未知的叠加值呢？
你提到的问题，马修，也是一本好书。

标签： memory quantum-computing

【解决方案1】：

任何由“经典”代码解决的“经典”问题（一旦技术得到更广泛的应用就会被称为）可以使用某种量子处理器通过转换问题来解决。例如，要进行数据库搜索，您可以使用Grover's algorithm，而不是使用基于索引的搜索/二分搜索，或对未排序的数据库进行线性搜索。此外，从上一张海报提到的BQP 问题中退后一步，在NP-time 运行的经典“解决方案”的问题可以通过 Grover 的算法大大加快（加快搜索时间所有可能的解决方案）。 Shor's algorithm 的出现也使 RSA 密码学变得更加不安全，因为它可以在对数时间内将大量数分解为其主要因数（RSA 所在的铰链）。

编辑：Shor 的算法实际上在 O((log N)^3) 中运行，这是多项式对数的时间。

这类事情的结论是，由于量子算法的性质（将某些函数应用于量子态），诸如 C 之类的预先存在的编程语言将无法在量子计算机上使用，除非有人发明了一个将量子门等映射到逻辑门的方法（编辑：这显然已经大部分解决了here），在这种情况下，当使用像这样的语言时，我们得到的只是一个非常非常快的逻辑处理器C.

PS：我确信最终会有用于量子计算的 OpenGL 绑定：P

【讨论】：

其实这个问题是关于内存、内存管理和编程语言的，SO（内存管理、编程语言）是2，而SU（内存）只有1。这就是我将其发布在 SO 上的原因。
重点，我认为问题比实际问题更笼统的假设是错误的。
重要的是要认识到，虽然 Grover 的算法为 NP 完全问题提供了加速，但它确实不提供了指数 i> 加速，这是 NP ⊆ BQP 所需要的（即 NP 问题在量子计算机上有效）。

【解决方案2】：

如果我们可以制造一台工作的量子计算机（仍然是一个悬而未决的问题），那么它就可以有效地解决（我们认为）经典计算机无法有效解决的某些算法问题。这些是复杂性类BQP 中的问题，而不是P 中的问题。一大特点是整数分解。正如 Will A 所提到的，如果你能快速分解大量整数，你就可以破解许多现代密码。

问题在于，没有人确切知道 BQP 是否真的比 P“大”——这可能是量子计算机可以快速完成的任何事情，经典计算机也可以。

我们也不知道 BQP 是否和 NP 一样大——例如，没有人找到在量子计算机上解决Traveling Salesman Problem 的有效方法。这是对量子计算机的普遍误解。他们可能能够快速解决 NP-complete 问题，但他们可能又不能。没人知道。

http://scottaaronson.com/blog/?p=208 好好阅读这个主题（与博客的其余部分一样）。

【讨论】：

我们确实有一台工作的量子计算机。它甚至可以告诉我们 15 是 3 乘以 5！但仅此而已。我们无法让它变得更大。
请把“工作”读作“为非平凡的问题工作”。 :-)
虽然它仍然是科学界的一个小争议源头，但我们确实有一台可以解决非平凡问题的量子计算机（尽管 Scott Aaronson 可能不同意这一点：））。请查看我对 SO 上另一个问题的回答以获取更多详细信息：stackoverflow.com/questions/432922/…

【解决方案3】：

关于量子计算机可以解决的问题：量子计算机会破坏当前的非对称加密方案。一种常见的误解是，量子计算机可以解决大多数优化问题。他们不可以。看 this article 了解更多关于量子计算机可以解决什么问题和不能解决什么问题的详细信息。

【讨论】：

【解决方案4】：

qubits 不会同时存储 0 和 1，实际上它们是由 0 和 1 一次叠加而成的。因此，如果一个普通位一次可以表示 0 或 1，但量子位一次包含 0 和 1。三个普通位可以存储以下任何一种...... 000,001,010,...,111。但是量子位可以一次代表所有这些（它们处于叠加状态）。所以一个“n”个量子比特同时存储 2^n 个比特！

【讨论】：

【解决方案5】：

假设一个量子比特是一个电子，它像偶极动量粒子一样旋转，当它旋转时，它会产生多个强度和频率的幅度，小幅度可以产生自旋振动或粒子的动量，动量可以存储数千位信息！！（这就是所谓的量子信息处理）这是未来！

【讨论】：