波粒二象性和比特的关系 波粒二象性的特点

莫娜号 1

量子原理是什么意思

问题一:什么叫做量子技术? 量子技术即为利用量子理论形成新事物,改变现有事物功能、性能的方法。

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波粒二象性和比特的关系 波粒二象性的特点


量子技术包括这三类要素:量子经验性要素、量子实体性要素和量子知识性要素。

量子经验性要素表明量子技术的使用也需要有人的经验的积累,但它并不构成量子技术的主要性要素,这一要素的作用可以忽略。

量子实体性要素是量子知识性要素的载体,表现为量子技术人工物(量子技术客体)。

量子知识性要素主要是指量子技术是量子力学和量子信息论等量子理论的应用。没有量子理论就不可能有量子技术,也不可能凭宏观的技术经验发明出量子技术人工物。

量子信息技术更是量子理论的产物。因此,量子技术必定是量子理论的应用。

问题二:量子到底是什么? 量子力学

“量子”一词意指“一个量”或“一个离散的量”。在日常生活范围里,我们已经习惯于这样的概念,即:一个物体的性质,如它的大小、重量、颜色、温度、表面积以及运动,全都可以从一物体到另一物体以连续的方式变化着。例如,在各种形状、大小与颜色的苹果之间并无显著的等级。

然而,在原子范围内,事情是极不相同的。原子粒子的性质,如它们的运动、能量和自旋,并不总是显示出类似的连续变化,而是可以相一些离散的量。经典牛顿力学的一个设是:物质的性质是可以连续变化的。当物理学家们发现这个观念在原子范围内失效时,他们不得不设计一种全新的力学体系――量子力学,以说明标志物质的原子特征的团粒性。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科埂它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。

量子力学

,自由的百科全书

量子力学理论和相对论理论是现代物理学的两大基本支柱,经典力学奠定了现代物理学的基础,但对於高速运动的物体和微观条件下的物体,牛顿定律不再适用,相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下,粒子的运动速度和位置不可能同时得到的测量,微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的,量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节,只能给出相对机率,为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论,并直至时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。

量子力学是一个物理学的理论框架,是对经典物理学在微观领域的一次革命。它有很多基本特徵,如不确定性、量子涨落、波粒二象性等,在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。

量子力学和资讯科学的结合产生了一门新的学科――量子资讯科学。

问题三:量子理论是什么?请用通俗一点的话来解释一下. 20分 量子理论

19世纪末20世纪初,物理学处于新旧交替的时期。生产的发展和技术的提高,导致了物理实验上一系列重大发现,使当时的经典物理理论大厦越发牢固,欣欣向荣,而不协调的只是物理学天空上小小的两朵乌云。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕:一朵乌云下降生了量子论,紧接着从另一朵乌云下降生了相对论。量子论和相对论的诞生,使整个物理学面貌为之一新。

在牛顿力学(或者叫经典力学)体系中,能量的吸收和释放是连续的,物质可以吸收任意大小的能量.后来我们发现,其实能量真实的吸收和释放,只能够以某个的量级(hv)为最小单位,一份一份的吸收和释放,h也就是量子力学里最常用到的普朗克常数,v为电磁频率.由于普朗克常数的数量级很小(10的-34次方数量级),这就导致了牛顿力学在大尺度上和实验符合的很好,但在小尺度上偏很大.所以薛定谔在普朗克的量子理论(能量一份一份的传递)体系上建立了薛定谔方程,从而开辟了量子力学的伊始.

问题四:量子计算机的基本原理是什么? 20世纪60年代至70年代,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,从而限制了计算机的运行速度。研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆作。那么,是否计算过程必须要用不可逆作才能完成呢?问题的是:所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机,而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步作都可以改造为可逆作,那么在量子力学中,它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机,实际上是用量子力学语言描述的经典计算机,并没有用到量子力学的本质特性,如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列。与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行测量得出计算结果。因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是,在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中,量子比特不是一个孤立的系统,它会与外部环境发生相互作用,导致量子相干性的衰减,即消相干。因此,要使量子计算成为现实,一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比,是目前研究的最多的一类编码,其优点为适用范围广,缺点是效率不高。

迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是,世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算,方案并不少,问题是在实验上实现对微观量子态的纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景,只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场,脱颖而出的是一种全新的设计,而这种新设计又是以某种新材料为基础,就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新,这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。摘自《科技日报

问题五:怎么样在VB中隐藏鼠标? 50分 Windows中的API函数ShowCursor提供了一种简单的隐藏鼠标的办法。

ShowCursor的申明如下:

Private Declare Function ShowCursor Lib user32 (ByVal bShow As Long) As Long

当你让bShow为0的时候,鼠标指针消失,让bShow为-1的时候鼠标指针会重新出现,下面这段代码可以让大家看看效果:

在新建的Form代码中输入如下代码:

Private Declare Function ShowCursor Lib user32 (ByVal bShow As Long) As Long

Dim blnShow As Boolean

Private Sub Form_Click()

blnShow = Not blnShow

ShowCursor blnShow

End Sub

Private Sub Form_Load()

blnShow = True

End Sub

Private Sub Form_QueryUnload(Cancel As Integer, UnloadMode As Integer)

ShowCursor True

End Sub

问题六:什么是能量量子化原理 举个例子,科学家发现原子等微观粒子在吸收或者放射能量的时候并不是连续的,而是通过一份一份的方式将能量吸收或者放射出去,而每一份能量子都是不可再分的,就好像手机屏幕上不可分割的最小单位“像素”一样,这就是能量的量子化。

问题七:什么叫量子力学 量子物理学是关于自然界的最基本的理论,人类在20世纪20年代发现了它,然而至今却仍然无法理解这个理论的真谛。大多数人根本没听说过量子,而初学者无不感到困惑不解,实际上,所有20世纪最伟大的科学家都没有真正理解它,并一直为之争论不休。然而,越困难、越具有挑战性的问题就越让人类的好奇心无法割舍,人类志在理解自然的本性,并最终理解自己。

今天,对于每一个仍然对自然充满好奇的现代人来说,不理解量子,就无法理解我们身边的世界,就不能真正成为一个有理性的、思想健全的人。同时,让我们所有人感到幸运的是,现在想真正理解神秘的量子却是一件容易的事情,这会让那些逝去的伟人们感到羡慕和由衷的欣慰。

发现量子

人们将量子的发现称为人类科学和思想领域中的一场伟大的革命,因为它会让所有次试图接近她的人感到从未有过的心灵震撼。现代人所缺少的正是这种真正的心灵震撼,他们太沉迷于感性的快乐,而忽视了理性的清新魅力。

1900年,普朗克在对热辐射的研究中个窥见了量子。这一年的12月14日,普朗克在德国物理学会会议上宣布了他的伟大发现---能量量子化说,根据这一说,在光波的发射和吸收过程中,发射体和吸收体的能量变化是不连续的,能量值只能取某个最小能量元的整数倍,这一最小能量元被称为“能量子”。普朗克的能量子概念次向人们揭示了微观自然过程的非连续本性,或量子本性。

1905年,爱因斯坦提出了光量子说,进一步发展了量子概念。爱因斯坦认为,能量子概念不只是在光波的发射和吸收时才有意义,光波本身就是由一个个不连续的、不可分割的能量量子所组成的。利用这一说,爱因斯坦成功地解释了光电效应等实验现象。光量子概念首次揭示了光的量子特性或波粒二象性,即光不仅具有波动性,同时也具有粒子性。

继普朗克和爱因斯坦之后,玻尔进一步发现了原子系统的量子特性。13年,玻尔把量子概念成功地应用于氢原子系统,并根据卢瑟福的核型原子模型创立了玻尔原子理论。这一理论指出,原子中的电子只能存在于具有分立能量的定态上,并且电子在不同能量定态之间的跃迁是本质上非连续的。

1924年,在爱因斯坦光量子概念的启发下,德布罗意提出了物质波说,最终将光所具有的波粒二象性赋予了所有物质粒子,从而指出了自然界中的所有物质都具有波粒二象性,或量子特性。德布罗意的物质波概念为人们发现量子的规律提供了最重要的理论基础。

最初的理论

终于在1925-26年间,定量描述物质量子特性的最初理论---量子力学诞生了,并且是以两种不同的面孔---矩阵力学和波动力学接连出现的。1925年7月,海森伯在玻尔原子理论的基础上,发现了将物理量(如位置、动量等)及其运算以一种新的形式和规则表述时,物质的量子特性,如原子谱线的频率和强度可以被一致地说明,这是关于量子规律的一种奇妙想法。之后,玻恩和约丹进一步在数学上严格地表述了海森伯的思想,他们指出了海森伯所发现的用于表述物理量的新形式正是数学中的矩阵,而物理量之间的运算就是矩阵之间的运算。同时,玻恩和约丹还发现了用于表达粒子位置和动量的矩阵之间满足一个普遍的不对易关系,即[p,q]=ih。基于这一表达量子本性的对易关系,玻恩、约丹和海森伯终于建立了一个全新的量子理论体系---矩阵力学,这一理论只涉及测量结果,而并不涉及原子系统的量子状态和测量过程。

在矩阵力学建立的同时,另一种基于德布罗意物质波概念的新力学正在孕育。1925年末,在爱因斯坦的建议下,薛定谔仔细研究了德布罗意的论文,并产生了物质波需要一个演化方程的想法。1926年初,经过反......>>

“薛定谔的猫”这个实验,为什么极少有人做呢?

因为这个实验做了也没什么意义。薛定谔的猫是没有实验结果的,做试验的话,无非就是将猫放入箱子,但是这样做既得不出实验结果也损失了一个猫,所以没人愿意去做

因为这个实验是在理想状态下进行的,很少有条件能够满足该实验,也就很少有人做该实验

因为根本做不到。你无法在不观察的情况下得知猫的状态,所以根本无法进行,只是个思想实验。

量子力学电子双缝干涉实验和一些思考

内容主要来自量子力学科普书《见微知著》

量子力学的经典电子双缝干涉实验证明了粒子具有波粒二象性,是量子力学迄今为止最重要的实验,让我们一起来看一下这个实验。

如图所示,费恩曼设想的理想单电子干涉示意图。最左侧为电子枪,1和2为两条狭缝。当只开启缝1或者缝2时,电子穿过狭缝打到后面的接收屏上的分布曲线分别是P1和P2,当两条缝都开启时,接收屏上电子的分布曲线不是P1和P2简单的相加,而是如一个下面所标注的公式。

这个实验最令人不可思议的,是当两条缝开启,电子枪单个射出电子,其间间隔足够长的时间,得到的电子分布依然如上图所示,好像是先到的电子“规定”后到的电子的行为。

如果觉得上述说明不足以理解,请看下面进一步的说明。

在宏观世界中,以玻璃球为例。我们让玻璃球射过开了一道缝的挡板,大家知道,玻璃球会在后墙留下的痕迹,是一条线。射过开了两条缝隙的挡板,在后墙也是两条线。如下图。

当把玻璃球换成水波的时候,开一条缝,在后墙上也会出现一条线。开了两条缝的,就会出现干涉条纹。如下图。

那么量子世界是咋样的呢?将玻璃球换成电子,通过一条缝隙时候,后墙上只有一条线。如下图。

通过两条缝隙时候,后墙上出现干涉条纹。科学家在想,这么小的电子是如何出现干涉条纹的。他们设计了单电子干涉实验。让一个电子通过一条缝隙,后墙也只出现一条线。可是让人奇怪的是,当开了两条缝隙时候,竟然出现了干涉条纹现象。如下图。

这该怎么解释呢?明明电子一个个射过双缝的。怎么还出现了干涉条纹,难道一个电子同时穿过了两条缝隙? 如下图。

更让人不解的是,当用试图看着电子的时候,干涉条纹竟然消失了。不看的时候,干涉条纹又出现了。 观测竟然也能影响电子行为? 它知道我们在看它? 如下图。

这就是电子双缝干涉实验,所以费曼说:“电子双缝实验是量子力学的中心区域,研究量子力学,这个问题不可避免。”任何想要重建量子力学的人,也不可能避开这个问题。

结论一:当单个电子一个一个通过双缝后会形成干涉,说明单个电子有波属性。

:一个电子可以自相互作用发生干涉,但 一个电子的干涉可以忽略不计,也就是你观测不到。 这是量变到质变的认识。

这意味着对电子双缝干涉条纹现象的研究是群体行为而非个体行为。

: 电子不会同时通过两条缝隙。

大多数相信它可以同时穿过两条缝隙的人,都会拿高维度空间来解释,关于平行宇宙,多宇宙,高维度空间等未经证实的理论,在此不讨论。

:说明了两条缝隙对产生干涉的必要性,也即说明了 电子干涉和光的干涉现象没有本质区别。

单电子双缝干涉实验电子是一个一个间隔发出的,而经典的光干涉实验发出的是一束光而不是单颗光子,在这点上它们是有区别的。但就干涉而言,它们的本质是一样的。

即然光的干涉和电子干涉本质是一样,那么问题就转化为单电子是波还是粒子?

: 单电子具有波的性质,通过自相互作用,发生干涉。 (见本文第四部分的两个证明)

就干涉而言,一定要是波才能行,这是前提条件。单电子具有波的性质意味着,可以用经典的光的波动理论来描述电子双缝实验,这样就不用考虑它究竟是通过哪个缝隙的问题了,因为通过哪个都可以自相互作用发生干涉。就好像一个人跳格子,左一下,右一下,这样就留下了干涉条纹。

: 因为波动关系,我们必须要用惠更斯和菲涅尔的光的波动理论来解释。 也就是波动“包络面”“次波”的概念的来理解。

结论二:当观测电子时,干涉消失,表现为粒子属性。

: 对实验结果产生影响的不是人的意识。

如果是因为意识,那么人的观测和物体的观测应该有不同的结果,因为物体没有意识。但通过公开的实验信息知道,无论是实验者自己看还是测,干涉条纹均不会出现。

: 电子或者光子不具有自我选择意识。 (见本文第四部分的一证明)

(未经实验的推测):目前能想到的合理自洽的解释是, 观测行为影响结果的原因是“有序的定向观测”影响。

在实验中,每一个物体都可以通过辐射来“观测”电子,但这些观测是无序并混乱的。现在有一个开着的,对着双缝观测,形成一个有序的“定向观测”,影响到了电子的干涉条纹的形成。“定向观测”观测取消,干涉条纹又出现。(如果以开着的因为通电而有磁场来解释其与其他物体的不同也是说不通的,因为实验室通电的设备不。)

至于影响的机制,通过场的方式来破坏电子的干涉条纹形成的可能性比较大。(可以通过建一个定向磁场来影响电子双缝实验的方式验证。)

对于观察行为影响结果,可以这样理解:一组“电子”水波,向前走,遇到挡板的两个缝隙,大家知道肯定要发生干涉条纹的。但这个时候,水盆里突然掉入一块石头(观测行为),干扰了干涉条纹的形成,没有这块石头,干涉条纹将会出现。

设在某大学一个实验室中做这个实验,当实验外有人看着这个实验室时算观测吗?实验室是否隔绝了这样的观测?

: 观测距离是有限制的。

目前是这样的认为,实验外面的情况,对实验室内的实验,起不到观测作用。这点可以用观测行为发生作用需要达到一定的辐射能量强度来解释。

只要光通过两条缝隙的实验条件符合,干涉条纹就出现,并不受观测行为影响,但单电子却不同,这是为何?

: 光束和一个电子的“稳定性”不同,单个电子对观测能量更加“敏感”。

影响的能量不足以影响到光束形成干涉条纹,但足以影响到电子的干涉条纹形成。这就是量子力学与宏观物理学的区别。

中科大网:科学技术大学郭光灿院士的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组 首次实现了量子惠勒延迟选择实验,制备出了粒子和波的叠加状态 ,极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。

研究成果作为封面文章发表在9月份的《自然-光子学》上,英国量子物理学家Adesso和Girolami,在同期杂志的《与观察》栏目以《波-粒叠加》为题撰文,高度评价了这一研究成果:“量子惠勒延迟选择实验的实现挑战互补原理设定的传统界限,在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《自然-物理》杂志也以《选择的问题》为题在《研究高亮》栏目了该成果,评价该成果“重新定义了波粒二象性的概念”。

量子实验装置的引入,使得人们可以从一个全新的视角来观察世界,就好像给我们安上了一双“量子的眼睛”,能够看到经典探测装置观察不到的物理现象。此项研究工作拓展和加深了人们对玻尔互补原理的理解,揭示了互补原理和叠加原理间的深层次关系,也使得人们对“光是什么”这个萦绕千年的问题有了更进一步的理解。

该项研究受到科技部和自然科学基金委的资助。

光是什么?这是个古老的科学问题。三个世纪以来粒子和波的概念就一直是对立的,比如牛顿最初的粒子说和胡克及惠更斯的波动说。现在我们对光的理解可以归结为玻尔的互补原理,即光具有波粒二象性,波动性和粒子性这两种属性即对立又互补,一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中,单个光子被个分束器分到两个路径上,在第二个分束器所在位置重合。如果我们选择加入第二个分束器,则构成干涉仪,有干涉条纹,观测到波动性,反之如果我们选择不加第二个分束器,则不能构成干涉仪,没有干涉条纹,观测到的是粒子性。马赫-曾德干涉实验是可以用量子力学解释的。

然而存在一种隐变量理论认为,光子是有自由意志的,在进入干涉仪之前光子就察觉到有没有第二个分束器,然后光子根据它察觉到的信息决定自己经过个分束器的方式,从而展现粒子性或波动性。

为了检验这种隐变量理论和量子力学孰是孰非,玻尔的学生惠勒于1978年提出了的延迟选择实验,即实验者延迟到光子已经完全经过个分束器之后再选择加不加第二个分束器。在经典的惠勒延迟选择实验中,探测光的波动性和粒子性的实验装置,即加与不加第二个分束器,是相互排斥的,因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。

李传锋研究组设计出了量子实验装置,巧妙地利用偏振比特的辅助来控制测量装置,使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种对立状态的量子叠加态上。他们利用自组织量子点产生的确定性单光子源作为输入, 实现了量子的惠勒延迟选择实验,排除了光子有自由意志的设,并首次观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态。

实验结果显示,处于波粒叠加态上的光子,既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹,也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹,而是展现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒,亦波亦粒”的表现形式。

2015年澳大利亚一个研究小组也获得光同时表现出波粒二象性的单个快照,也摘录如下:据澳大利亚spacedaily网站2015年3月3日,量子力学告诉我们:光可以同时表现波粒二象性。然而,人类迄今为止还从未在实验上同时拍摄到光的波粒二象性;最多我们能看到光波动性和或粒子性,但总是在不同时间。

通过采用完全不同以往的实验方法,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们次从实验上同时拍摄到光波粒二象性的快照。这项突破性研究成果发表在《自然通讯》杂志上。

Fabrizio Carbone说:“这项实验有史以来次证明,我们可以直接拍摄量子力学及其矛盾属性。”

此外,这项开创性工作的重要性在于它可以扩展基础科学到未来技术。正如Carbone解释说:“能够像这样在纳米尺度对量子现象进行成像和控制,开辟了迈向量子计算的新途径。”

当紫外光线照射金属表面时,它导致电子发射。阿尔伯特 爱因斯坦这样解释“光电效应”:光原本认为仅仅是一种波,其实它也是一束粒子流。虽然各种实验已经成功观察到了光的波动性和粒子,但是它们从未被同时观测到。

EPFL的Fabrizio Carbone的一个研究小组,利用一个巧妙的方法完成了一项实验:使用电子来使光成像。研究人员有史以来次,获得光同时表现出波粒二象性的单个快照。

实验这样设置的: 一束激光脉冲照射在微小的金属纳米线上。激光使纳米线中的带电粒子能量增加,引起它们振动。

光沿着这根小小的纳米线在两个可能的方向上传输,就像公速路上的汽车。当沿相反方向传输的光波相遇时,它们会形成驻波(stand we)。这里,驻波成为实验的光源,在纳米线周围辐射。

实验的巧妙之处在于:科学家们在纳米线附近发射一束电子流,利用它们来使光的驻波成像。因为电子与限制在纳米线中的光相互作用,因此,电子会加速或减速。利用超快显微镜对电子速度发生变化的位置成像,Carbon的团队现在可以使这个作为光波动性指纹的驻波可视化。

这种现象说明光的波动性,同时它也证明了光的粒子性。当电子在很接近光驻波的地方传输时,它们与光粒子,即光子发生碰撞。

如上文所述,这会影响电子的速度,使它们移动得更快或更慢。这种速度变化表现为电子和光子之间能量“包”(量子)的交换。这些能量包之间的交换,表明纳米线中的光是一种粒子。

解密量子计算机,量子叠加和量子纠缠是制胜关键

量子力学,是在传统物理基础上做出的新突破,也给了物理学家新的研究方向,从量子力学出现,就吸引无数的科学家争相研究,只不过,量子力学的相关研究成果很少直接运用在和我们日常生活有关的技术上,这也是我们对量子力学不太了解的主要原因。当然,作为现代物理学两大基石之一的量子力学,肯定和我们的生活有很大的关联。

比如,我们都会使用的计算机,虽然和量子领域的研究没有直接的关系,但是影响计算机性能的主要材料半导体,就是因为在量子领域有所突破,才可以逐步提高性能,量子力学从来都不直接影响我们的生活,但是它却在一些细微的地方改变我们的日常,很多高 科技 中细微的特殊材料,都需要量子力学的研究作为基础。

我们普通的计算机,计算能力有限,就算是的超级计算机,也存在一个计算上限,虽然计算一些常规问题足够,但是到了宇宙中,距离都改成了光年,显然普通的计算机是不够用了,这个时候就需要量子计算机出场,想要了解量子计算机,抛开那些复杂的算法不谈,需要先明白“量子叠加”和“量子纠缠”这些量子力学中基础的知识,因为量子计算机技术就是根据这些原理来运算的,利用这些原理,量子计算机的计算能力可以指数级的增长。

量子叠加时,一个量子的状态可能是多种的,比如的“波粒二象性”,通常状态下我们表现量子都用一个圆形来表示,也就是基本粒子的状态,但是量子是压缩到了最小的基本粒子,在这个微观的世界中,粒子的状态还有可能是波,比如光波,电磁波,这些波看得见却摸不着,基本上量子都会在这两种状态中变化,也可以说这两种状态是同时存在的。

把量子叠加的概念引入计算机的计算中,是否可以加快计算机的运行速度呢?当然是可以的,利用超导材料,让计算机进入微观世界,在这里我们给计算机的基础运算单位“比特”加入量子状态,平常的比特是以0和1两种状态来进行二进制运算的,但是“量子比特”拥有量子叠加的状态,它可以是1,也可以是2,无形之中加速了运行速度。那个一个基础的量子比特,比起普通的比特多记录一种状态,两个量子比特就可以记录四个,比起普通的多了两个,4个量子比特就可以记录8个状态,这样指数级的增加,才让量子计算机的性能远超普通计算机。

当然,量子计算机这么强大没有普及也是有原因的:错误率太高,在量子力学中,一切都是不确定的,因为量子的叠加态允许量子状态同时存在,但是存在的概率不同,这也就会影响量子计算机的,因此,为了避免错误率,量子计算机需要一种特殊的算法,在计算一些特别微小的量子效应或者材料时事半功倍,但是放在我们的日常生活中计算普通问题,是完全没有必要的,这样造成很大的浪费和多余计算,可能速度还不上普通的计算机。

两位一个和量子计算机息息相关的就是“量子纠缠”这个特殊的状态,当两个或者更多量子发生了纠缠后,它们的性质就无法一个一个来说了,只能讲述它们的纠缠状态,同时也就发生了量子坍塌,即量子的状态可以确定,这是因为两个纠缠的量子其中一个发生改变时,另外一个量子会变成相反的状态,一个以波的状态传播,另外一个就会以粒的状态存在。就算把这两个量子分开,它们还是会以纠缠状态存在。

我们把一个量子放在地球,另外一个放在火星,改变其中一个状态,另外一个就会瞬间改变,这超越了距离的限制,让人十分震惊,虽然量子纠缠无法再改变状态时传递信息,却可以通过一个状态来判断另外一个,无形之中也算是传播了信息,因此量子计算机的速度远超普通的计算机。

比特价值将归零?谷歌2029年前量子计算商用化

(思进注: 1994年,数学家Peter Shor公布了一种量子算法,该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人,都可以使用此算法通过公钥反算出私钥,从而伪造任何数字签名。这是否意味着比特将会被量子计算机crack down…… 事实上,中心化的密钥体系PKI,确实会有这个风险,因为大多数应用是CA+10的6次方。海量反编译,是可以推算出中心密码本的!也就是说,伪造PKI数字签名是有可能的, 拭目以待吧……再转发下文,和大家分享……)

谷歌2029年前量子计算商用化,比特价值将归零?

作者 | 新浪 财经

来源 | 华尔街见闻

量子计算何以对比特构成威胁?

在解释这个问题前,需要先了解以下几个知识点。

经典计算机采用二进制,用0和1构建了底层代码的一切。量子计算机可以同时储存和表示0和1叠加态。比特挖矿基于计算一种名为SHA-256的哈希函数(一种函数算法,把任意一个字符串输入SHA-256函数,都会输出一个256位的二进制数)的正确值。每一个比特用户在注册的时候,系统都会生成一个随机数,再对这个随机数进行SHA256再进行hash160,产生一个叫做私钥的字符串。作为数字签名。私钥可以对一串字符进行加密。而公钥可以把私钥加密之后的数据进行和解密。加密和解密的钥匙不一样的这种加密方式,称之为非对称加密。通过公钥反算不出私钥。如果私钥遗失,那么拥有者的比特就无法取出。

基于上述原因,由于SHA-256的正确值十分难计算,数量有限的比特才会变得极为稀缺和珍贵。同时由于经典计算机无法通过公钥反算出私钥,私人拥有的比特才无法被他人获得。

但在1994年,数学家Peter Shor公布了一种量子算法,该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人,都可以使用此算法通过公钥反算出私钥,从而伪造任何数字签名。

故而,在量子计算面前,比特的挖矿将变得轻而易举,通过公钥也能反算出私钥。这令比特变得不再稀缺,也不再安全。

同时意味着比特的共识将产生崩塌,比特的价值也将趋零。

关于量子力学,广为人知的还有光的波粒二象性、观测者效应,和一个的思想试验——薛定谔的猫。

量子世界是如此不合常理,以至于它曾令说出“上帝不会掷“爱因斯坦,都感到困惑不解。

无论如何,量子计算机的出现,对经典计算机形成了巨大挑战。而随着量子计算研究进程的递进,比特的,或许在2029年前就将成为可能。

谷歌的量子计算进程如何?

早在2019年,谷歌发表在《自然》杂志上的论文称,其开发的54比特(其中53个量子比特可用)超导量子芯片“Sycamore”,对53比特、20深度的电路采样一百万次仅需200秒,最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果,则需要一万年。基于这一突破,谷歌宣称实现了“量子霸权“。

而近日在 Google I/O 大会上,谷歌 Quantum AI(量子 人工智能)团队的的科学家Hartmut Nn表示,谷歌在2029年前建造数十亿美元的量子计算机并将其正式商用。

谷歌的目标是建造有着100万个量子比特的计算机。不过,谷歌同时表示,首先需要减少量子比特产生的错误,然后才能考虑将1000个量子比特一起构建为一个逻辑量子比特。这将为“量子晶体管”打下基础,“量子晶体管”是未来量子计算机的基础。目前谷歌的量子计算机只有不到100个量子比特。但要知道,互联网诞生至今不过52年,台通用计算机诞生至今不过75年.

谷歌目前正在加利福尼亚州扩建一个新园区,用以专注于量子计算方面的研究工作,扩建工程将于2020年底正式完工。

在量子计算领域大举投资和的公司,除了谷歌,还有IBM、D-We Systems、霍尼韦尔(Honeywell)。

IBM Research总监Dario Gil曾表示,2023年将是量子计算大面积使用的转折点,届时将能通过软件实时查看和更新量子计算的状态,而不再是通过以往的硬件调整。

高德纳咨询公司 (Gartner)副总裁Chirag Dekate表示,过去五年中,量子计算的创新速度超过了此前的30年,他还预计到2025年,将有近40%的大公司制定量子计算。

关于对抗量子计算,目前已出现量子密码学的相关研究。一个名为The Open Quantum Safe (OQS)的开源项目已于2016年启动,目标为开发抗量子的密码形式。

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