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量子?算机 （英語： Quantum computer ）是一?使用 量子邏輯 進行 通用計算 的設備。? ?子?算机 （或稱傳統電腦）不同，量子計算用來儲存數據的對象是 量子位元 ，?用量子演算法來操作數據。 ??拉??米子 的 反粒子 就是?自己本身的?性，或?是令量子?算机的制造?成??的一???。 ^[1] 量子?算机在輿論中有時被過度渲染成無所不能或速度快數億倍等，其實這種電腦是否?大，需要?問題而定。若該問題已經有提出速算的 量子演算法 ，只是困於傳統電腦無法執行，那量子?算机確實能達到前所未有的高速；若是沒有發明 演算法 的問題，則量子?算机表現與傳統?算机無異甚至更差。 ^[2]

?史 [ ?? ]

隨著 ?算机科? 的發展， 史?芬·威斯納 在1969年最早提出「基於量子力學的計算設備」。而?于「基於量子力學的信息處理」的最早文章則是由 亞歷山大·豪勒夫 （1973）、??拉維斯基（1975）、 羅馬·印戈登 （1976）和 尤里·?? （1980）年發表 ^{[3] [4] [5] [6]} 。史?芬·威斯納的文章發表於1983年 ^[7] 。1980年代一系列的?究使得量子?算机的理論變得?富起來。1982年， 理?德·費曼 在一個著名的演講中提出利用量子體系實現通用計算的想法。緊接著1985年 大衛·杜斯 提出了 量子圖靈機 模型 ^[8] 。人們?究量子?算机最初?重要的一個出發點是探索通用計算機的計算極限。當使用計算機模擬 量子 現象時，因?龐大的 希爾伯特空間 而資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當?，甚至是不切實際的天文數字。理?德·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子?算机的?念誕生。半導體?控制 積體電路 來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。

量子?算机在1980年代多處於理論推導狀態。1994年 彼得·秀爾 提出 量子質因數分解演算法 後 ^[9] ，證明量子電腦能運算 ?散對數 ^[10] ，而且速度遠勝傳統電腦。因?量子不像 半導體 只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比?成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一部40位元的量子電腦，就能在?短???解開1024位元電腦花數十年解決的問題。因其對於現在通行於銀行及網路等處的 RSA加密演算法 可以破解而構成威脅，量子?算机成了熱門話題，除了理論之外，也有不少學者著力於利用各種量子系統來實現量子?算机。

基本?念 [ ?? ]

傳統?算机?按一定算法???入信?序列的机器，其算法由?算机的?部???路??。

1. ?入?和?出?都是傳統信?，用 量子力? 的?言?描述，也?是：其?入?和?出?都是某一力?量的 本征? 。如?入二?制序列 ${\displaystyle 0110110}$，用量子??，? ${\displaystyle \left|0110110\right\rangle }$。所有的?入?均相互 正交 。?傳統?算机不可能?入如下 ?加? ： ${\displaystyle c_{1}\left|0110110\right\rangle +c_{2}\left|1001001\right\rangle }$。
2. 傳統?算机的每一步??都演化?正交?，而一般的量子???有?性?，因此，傳統?算机中的??（或?算）只??量子變換中的一?特殊集。

量子?算机擴展了傳統?算机原有的限制。流行的量子?算模型以 量子閘 （量子??閘）??描述?算。量子?算机的?入用一?具有有限 能? 的量子系??描述，如二能?系?（? 量子位元 （qubits）），量子?算机的??（?量子?算）包括所有可能的正??。

1. 量子?算机的?入?和?出??一般的?加?，其相互之?通常不正交；
2. 量子?算机的???所有可能的正??。得出?出?之后，量子?算机??出??行一定的?量，從而得到?算?果。

傳統?算是一?特殊的量子?算，量子?算?傳統?算作了?大的?充，其最本?的特征? 量子?加性 和 量子相干性 。量子?算机?每一??加分量??的??相?于一??典?算，所有?些傳統?算同?完成，?按一定的?率振幅?加起?，?出量子?算机的?出?果。???算??量子?行?算。

?究?展 [ ?? ]

一般認?量子?算机仍處於?究階段。然而2011年5月11日加拿大的 D-Wave 系統公司 發布了一款號稱“全球第一款商用量子?算机”的計算設備“D-Wave One”，含有128個量子位 ^{[12] [13]} 。2011年5月25日， 洛克希德·馬丁 同意購買D-Wave One ^[14] 。 南加州大學洛克希德馬丁量子電腦?究中心 （ 英? ： USC-Lockheed Martin Quantum Computation Center ） （USC-Lockheed Martin Quantum Computation Center）證明D-Wave One不遵循古典物理學法則的 模擬退火 （simulated annealing）運算模型，而是 量子退火法 。該論文《可編程量子退火的實驗特性》（Experimental Signature of Programmable Quantum Annealing）發表於《 自然通訊 （ 英? ： Nature Communications ） 》（Nature Communications）期刊。該量子設備是否?的實現了量子計算目前還沒有得到學術界廣泛認同，只能有證據顯示D-Wave系統在運作時邏輯不同於傳統電腦 ^[15] 。

2013年5月 D-Wave 系?公司 宣? NASA 和 Google 共同?定了一台采用512量子位的 D-Wave Two 量子?算机。 ^[16] 該電腦執行特定演算法時比傳統電腦快上億倍，但換用演算法解相同問題時?又輸給傳統電腦，所以實驗色彩濃厚?延續了學術界爭論。

2013年5月， 谷歌 和 NASA 在 加利福尼? 的量子人工智能??室?布 D-Wave Two 。 ^[17]

2015年5月， IBM 在量子運算上取得兩項關鍵性突破，開發出四量子位元型電路（four quantum bit circuit），成?未來10年量子電腦基礎。?外一項是，可以同時發現兩項量子的錯誤型態，分別?bit-flip（位元?轉）與phase-flip（相位?轉），不同於過往在同一時間內只能?出一種錯誤型態，使量子電腦運作更?穩定。 ^[18]

2015年10月， 新南威爾斯大學 首度使用 硅 製作出 量子閘 ^[19] 。

2016年8月，美? ?里?大??院市分校 ?明世界上第一台由5 量子位元 ?成的可?程量子?算机 。 ^{[20] [21]}

2017年5月， 中?科?院 宣佈制造出世界首台超越早期?典?算机的光量子?算机，??了10位元超?量子?路?品，通?高精度??控制和全局??操作，成功??了目前世界上最大?目的超?量子位元多????，?通??析?量方法完整地刻?了十位元量子? 。 ^[22] 此原型機的「?色取樣」速度比國際同行之前所有實驗機加快至少24000倍，比人類歷史上第一台電子管計算機（ENIAC）和第一台晶體管計算機（TRADIC）運行速度快十至一百倍，雖然還是緩慢但已經逐步跨入實用價?階段。 ^{[23] [24]}

2017年7月，美國?究人員宣佈完成51個量子位元的量子電腦模擬器 ^[25] 。 哈佛大學 米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）在 莫斯科 量子技術國際會議上宣佈這一消息。量子模擬器使用了激光冷?的原子，?使用激光將原子固定。

2018年6月， 英特爾 宣佈開發出新款量子晶片，稱使用五十?米的量子位元運算，?已在接近攝氏零下273.15度的 ?對零度 中測試。 ^[26]

2019年1月8日，IBM在 消費電子展 （CES）上展示了已??的世界首款商?化量子?算机IBM Q System One ^[27] 但其基本只有實驗?究價?，沒有超越傳統電腦的實用性。同年10月谷歌製造的一台“??木”（Sycamore）量子電腦，聲稱超越了傳統電腦，實現 量子?權 ，而隔日IBM投書稱該電腦是宣傳性譁?取寵?品， ^[28] 運作方式依然沒有超出目前量子科技範圍，其只在特定條件特定問題下的一種實驗問題結果 ^[29] ，而傳統電腦只要更換 演算法 就能達到同樣效果，成本還更低、正確率更高，這被科技期刊稱?「量子門」爭議事件， 德州大??斯汀分校 理??算机科?家 斯科特·阿?森 （ 英? ： Scott Aaronson ） 則保守中立??，?谷歌成果?用有限“但假??是成立的，那?科?象徵成就是巨大的。”因?代表量子電腦取代傳統 電腦 有其可能。谷歌首席執行長 ???·皮柴 的立場則是承認這次實驗沒有實用性，但具有 萊特兄弟 第一架飛機意義，證實飛機此一?念是有可能。

2020年8月， Google 的?究團隊發表論文，公佈其?發的Sycamore量子處理器成功模擬了化學反應，打破了過去化學量子計算規模的記錄。雖然模擬的是較?基礎的??反應，但此項?究證明量子電腦在化學模擬的實用性，?究團隊?希望將量子模擬的演算法擴大到更複雜更大分子的化學反應中。 ^{[30] [31]}

2020年9月5日， 中?科?技?大? 常?副校?、中?科?院院士 潘建? ?授在公??演?上向公?透露光量子?算机最新?展：已???了光量子?算性能超?谷歌53比特量子?算机的100万倍。 ^[32]

2020年12月4日，中?科?技?大??表使用76粒光子運算的量子?算机 九章 ，?宣佈??量子?越性。 ^[33] 台?的“微系統?奈米科技協會”解??，「九章」所使用到的「?色子取樣機」（Boson sampling）?不同於量子位元電腦，雖能提供通往高速量子計算的捷徑，但該取樣機僅執行一種固定任務，?是由分光鏡組成的網路，能將抵達平行輸入埠的一組光子轉換成由平行輸出埠離開的第二組光子，?色子取樣便是用來計算光子輸入輸出組態之間對應的機率。 ^[34] 「?色子取樣機」（Boson sampling）是2011年麻省理工學院的斯科特·阿?森和??克斯·阿基波夫（Alex Arkhipov）所提出的裝置，能提供通往高速量子計算的“捷徑”。?色子取樣是一種替代方案，?不是通用的量子計算。 ^[35]

2022年4月18日，英特爾（Intel）近日宣佈，該公司偕同來自荷蘭台夫特理工大學，以及荷蘭國家應用科學院共同創立的量子技術?究機構 QuTech，由雙方?究人員所組成的先進量子運算?究中心，在美國奧勒岡州希爾斯伯勒的英特爾 D1 製造工廠，成功地首次大規模生??量子位元。 ^[36]

2023年5月16日， ?色量子 ?布了其自?的100 量子比特 相干光量子?算机??“ 天工量子大? ”。据?，?机有100??算量子比特，?到?????先水平。?可以解?最多超?100??量的????，?具?完整的可?程能力。其求解速度超??典算法100倍，且求解??的?算??度越高，其量子??越明?。 ^[37]

?見 [ ?? ]

?源 [ ?? ]

參考資料 [ ?? ]

外部連結 [ ?? ]

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