量子计算是什么概念（量子计算是什么）

计算量子计算是一种遵循量子力学规律，控制量子信息单元进行计算的新型计算模式。与传统的通用计算机相比，其理论模型是通用图灵机；通用量子计算机，其理论模型是由量子力学定律重新解释的通用图灵机。就可计算问题而言，量子计算机只能解决传统计算机能解决的问题。但由于量子力学的叠加，一些已知的量子算法在求解问题时比传统的通用计算机要快。

量子计算的历史1、概念的提出

量子计算的概念最早是由阿冈国家实验室的P.Benioff在20世纪80年代初提出的。他提出可以用一个二能级量子系统来模拟数字计算。后来，费曼对这个问题产生了兴趣，开始研究。1981年，费曼在麻省理工学院举行的第一届计算物理学会议上发表演讲，概述了通过量子现象实现计算的愿景。1985年，牛津大学的D.Deutsch提出了quantumTuringmachine的概念，量子计算开始有了数学的基本形式。而上述量子计算研究大多局限于讨论计算的物理本质，还停留在相当抽象的层面，还没有步入开发算法的阶段。

2、中期发展

1994年，贝尔实验室的应用数学家P.Shor指出，与传统的电子计算器相比，量子计算可以在更短的时间内将一个大整数分解成品质因子的乘积。这一结论开启了量子计算的新阶段：与传统算法不同的quantumalgorithm确实有其实用性，绝不是科学家们的诡计口袋。此后，新的量子算法相继被提出，物理学家面临的下一个重要问题是如何构建一个真正的量子计算器来实现这些量子算法。许多量子系统被命名为量子计算器的基础设施，如光子极化、腔量子电动力学(CQED)、离子阱、核磁共振(NMR)等等。到2017年，考虑到系统的可扩展性和控制精度，离子阱和超导系统领先于其他物理系统。

3、发展前景

量子计算将使计算机有可能大大超越今天美国的电脑，但仍有许多障碍。大规模量子计算的重要问题是如何长时间保持足够多量子比特的量子相干性，同时在这个时间段内进行足够多的超高精度的量子逻辑运算。

量子计算的应用1、解决经典计算问题

求解大数因子的问题是公认的NP-hard。如果给定一个足够大的数，可以验证某个数是否是它的因子，但是在有限的时间内不可能找到它的所有因子。肖尔量子算法将大量素数因子的求解转化为P问题，启发人们寻找其他NP问题的可能量子算法。然而，量子计算能否将所有NP问题转化为P问题尚不清楚。量子计算解决NP问题的一种方法是利用量子并行机制搜索问题的所有可能解。这种方法可以给出所有NP问题的有效解，但NP问题中可能有更深层次的结构，可以用量子计算快速解决。

2、量子搜索

量子搜索充分利用量子并行计算的优势在解空间中搜索，放大目标振幅求解。Grover量子搜索算法最早被提出用于搜索非结构化数据库问题，随后掀起了一股研究热潮。经过众多研究者的不断改进和发展，Grover量子搜索算法已经形成了一个比较完整的搜索算法体系，可以适应各种搜索需求。现实中的很多问题都可以归结为搜索问题，比如最短路径、排序、图着色、数据库搜索和密码中的穷举攻击。量子搜索可以将一些NP类问题转化为P类问题(比如图着色问题)或者加速这些问题的求解。目前，各种量子搜索算法的具体应用不断涌现。

3、加密

Shor提出的量子大数因子分解算法使得量子计算机很容易破译RSA公钥体制，因此量子密码学受到了极大的关注。威斯纳在1970年写了一篇关于共轭编码的创造性文章，奠定了量子密码学的基础。因为Wicsncr 他的想法如此新颖，以至于这篇论文直到1983年才被拒绝发表。Bennet等人继续进行这方面的研究，并取得了丰硕的成果。量子密码系统利用海森堡测不准原理。原则上，量子密码术可以提供不可破译和可窃听的安全通信系统。我国的李传峰等人在建立量子密码系统方面也取得了一些成果。随着时代的发展，出现了各种形式的密码。现在著名的非对称公钥加密技术才是真正能成为主流加密技术的技术。正是因为这种在20世纪70年代出现的公钥加密系统，才使得在互联网上安全高效的传输成为可能。2016年3月2日，公钥加密系统的两位创始人获得了有计算机科学诺贝尔奖之称的图灵奖！