比量子快的演算法

① 簡單的比喻一下量子計算機的速度有多快

每秒運算高達一萬億次。

② 為什麼量子計算機可以「超快」

12月4日，由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究祥燃團隊構建了76個光子的量子計算原型機“九章”，該計算機處理特定問題的計算能力比目前最快的超級計算機快一百萬億倍，比2019年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。

中科大官方表示，關於“九章”的相關論文已於12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》上，《科學》雜志審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”(a state-of-the-art experiment)，“一個重大成就”(a major achievement)。研究人員希望這個工作能夠激發更多的經典演算法模擬方面的工作，也預計將來會有提升的空間。量子優越性實驗並不是一個一蹴而就的工作，而是更快的經典演算法和不斷提升的量子計算硬體之世和間的競爭，但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。

③ 宇宙中有比量子計算機更快的計算機嗎

量子計算機目前還是處於研究階段。它的核心的原橋祥理就是利用量子的疊加性。比如，可以利用量子的上旋表示0，下旋表示1。 普通計算機（電子，光子等等）的最小信息單位是bit ,對於一個邏輯門來說，它的狀態在某一刻是固定禪消粗的，不是1就是0 ，而對於量子計算機的量子邏輯門來說，它的狀態時時刻刻都處於一種疊加狀態。隨時都是1和0的疊加。當普通計算機讀入10bit的信息時，賀鎮對應於量子計算機呢？由於量子的疊加性，每一個bit都處在1和0的疊加態，所以量子計算機實際上處理了2^10個信息。這就是量子計算機的計算能力遠遠強於普通計算機的奧秘所在。你可以把它理解為有2^10台計算機在疊加態並行工作，也可以認為在2^10個宇宙里的每一台計算機在工作，這取決於你對量子力學的解釋的口味。：）

④ 比超算快億億億倍，量子計算機能幹啥為何以「祖沖之」命名

近期，我國在超導量子和光量子兩種系統的量子計算機方面取得了重要的進展，成功構建113個光子144模式的量子計算原型機「九章二號」，和66比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之二號」。 在光量子和超導量子兩種系統的量子計算方面取得的重要進展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到「量子計算優越性」里程碑的國家。

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

量子計算機它是 利用量子力學的原理 ，量子力學它可以允許一個物體同時處於多種狀態，那麼比如說0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做並行計算，就是很多個任務可以一起完成，因此它就有了這樣一種超越經典計算機的計算能力。

正因為量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定演算法在一些具有重大 社會 和經濟價值的問題方面（如密碼破譯、大數據優化、材料設計、葯物分析等）相比經典計算機實現 指數級別的加速 。

作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，並最終應用於實際問題中。「祖沖之號」和「祖沖之二號」就是可編程超導量子計算原型機。

「祖沖之號」

「祖沖之號」是包含62個比特的可編程超導量子計算原型機，並在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。研究團隊在二維結構的超導量子比特晶元上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫-曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。該成果為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定了技術基礎。

「祖沖之二號」

「祖沖之二號」是66比特可編程超導量子計算原型芹舉晌機「祖沖之二號」，求解「量子隨機線路取樣」任務的速度比目前全球最快的超級計算機快1000萬倍以上，這使得中國成為目前唯一在兩條技術路線上達到「量子優越性」里程碑的國家。

研究人員介紹，「祖沖之二號」的並行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望找到有實用價值的應用，預期包括量子機器學習、量子化學等。

很多時候，說到量子，並且跟能量綁在一起說的時候，大家就喜歡用「光」來舉例。一個光量子，就是指的一個量子。這個概念是在1905年被愛因斯坦引入到光學里的，後來大家熟知的以及如今的「九章」所使用的「光子」，實質上就是這個「光量子」。

「九章號」

「九章號」是76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機。「九章」處理特定問題的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富岳」快一百萬億倍，同時也等效地比谷歌發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個里程碑——量子計算優越性。「九章號」量子計算原型機確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。

「九章二號」

「九章二號」是113個光子144模式的量子計算原型機。求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍（億億億倍），在研製量子計算機之路上邁出重要一步。

據悉，未來的通用型量子計算機可望在密碼破譯、天氣預報、材料設計、葯物分析等領域發揮作用。目前的「九章二號」還只是「單項冠軍」，但其超強算力，在圖論、量子化學等領域具有潛在應用價值。

「九章號」和「祖答盯沖之號」分別是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》和我國古代偉大的數學家祖沖之而命名的。

《九章算術》

《九章算術》是中國古代的數學專著，是「算經十書」（漢唐之間出現的十部古算書）中最重要的一種。魏晉時劉徽為嫌鋒《九章算術》作注時說:「周公制禮而有九數，九數之流則《九章》是矣」，又說「漢北平侯張蒼、大司農中丞耿壽昌皆以善算命世。蒼等因舊文之遺殘，各稱刪補，故校其目則與古或異，而所論多近語也」。根據研究，西漢的張蒼、耿壽昌曾經做過增補。最後成書最遲在東漢前期，但是其基本內容在西漢後期已經基本定型。

《九章算術》是幾代人共同勞動的結晶，它的出現標志著中國古代數學體系的形成．後世的數學家，大都是從《九章算術》開始學習和研究數學知識的。唐宋兩代都由國家明令規定為教科書。1084年由當時的北宋朝廷進行刊刻，這是世界上最早的印刷本數學書。所以，《九章算術》是中國為數學發展做出的傑出貢獻。

祖沖之

祖沖之一生鑽研自然科學，其主要貢獻在數學、天文歷法和機械製造三方面。

數學方面，他在劉徽開創的 探索 圓周率的精確方法的基礎上，算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當於精確到小數第7位，簡化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數第7位。祖沖之對圓周率數值的精確推算值，對於中國乃至世界是一個重大貢獻，後人將「約率」用他的名字命名為「祖沖之圓周率」，簡稱「祖率」。

祖沖之寫過《綴術》五卷，被收入著名的《算經十書》中。在《綴術》中，祖沖之提出了「開差冪」和「開差立」的問題。「差冪」 一詞在劉徽為《九章算術》所作的注中就有了，指的是面積之差。「開差冪」 即是已知長方形的面積和長寬的差，用開平方的方法求它的長和寬，它的具體解法已經是用二次代數方程求解正根的問題。而「開差立」就是已知長方體的體積和長、寬、高的差，用開立方的辦法來求它的邊長；同時也包括已 知圓柱體、球體的體積來求它們的直徑的問題。所用到的計算方法已是用三次方程求解正根的問題了，三次方程的解法以前沒有過，祖沖之的解法是一項創舉。

⑤ 量子計算機相比普通電腦運算為什麼更快怎麼樣計算

量子計算機，早先由理查德·費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可他發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德·費曼當時就想到，如果用量子系統構成的計算機來模擬量子現象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。
2量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處於理論推導等紙上談兵狀態。一直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因子分解演算法後，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之後，量子計算機變成了熱門的話題。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計算機。
半導體靠控制集成電路來記錄和運算信息，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算信息。
圖2：布洛赫球面乃一種對於二階量子系統之純態空間的幾何表示法，是建立量子計算機的基礎。
20世紀60年代至70年代，人們發現能耗會導致計算機中的晶元發熱，極大地影響了晶元的集成度，從而限制了計算機的運行速度。研究發現，能耗來源於計算過程中的不可逆操作。那麼，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢？問題的答案是：所有經典計算機都可以找到一種對應的可逆計算機，而且不影響運算能力。既然計算機中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那麼在量子力學中，它就可以用一個幺正變換來表示。早期量子計算機，實際上是用量子力學語言描述的經典計算機，並沒有用到量子力學的本質特性，如量子態的疊加性和相乾性。在經典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處於各種正交態的疊加態上，而且還可以處於糾纏態上。這些特殊的量子態，不僅提供了量子並行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同，量子計算機可以做鄭凳任意的幺正變換，在得到輸出態後，進行測量得出計算結果。因此，量子計算對經典計算作了極大的擴充，在數學形式上，經典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子計算機對每陸叢帆一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，並按一定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子並行計算。除了進行並行計算外，量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統，這項工作是經典計算機無法勝任的。
1994年，貝爾實驗室的專家彼得·舒爾（Peter Shor）證明量子計算機能完成對數運算，而且速度遠勝傳統計算機。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體計算機比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數十年解決的問題。

量子計算機的特點
相應於經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子比特（qubits）），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的玄正變換。
1.量子計算機的輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交；
2量子計算機中的變換為所有可能的么正變換。得出輸出態之後，量子計算機對輸出態進行一定的測量，給出計算結果。
由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本早雹質的特徵為量子疊加性和量子相乾性。量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當於一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，並按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子並行計算。
無論是量子並行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相乾性。遺憾的是，在實際系統中量子相乾性很難保持。在量子計算機中，量子比特不是一個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相乾性的衰減，即消相干（也稱「退相干」）。因此，要使量子計算成為現 承載16個量子位的硅晶元實，一個核心問題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優點為適用范圍廣，缺點是效率不高。
迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機。但是，世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實現量子計算，方案並不少，問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。現在還很難說哪一種方案更有前景，只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成化和小型化。將來也許現有的方案都派不上用場，最後脫穎而出的是一種全新的設計，而這種新設計又是以某種新材料為基礎，就像半導體材料對於電子計算機一樣。研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然一新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算 量子計算機原理機無法解決的問題。

⑥ 量子計算機為啥比普通計算機快那麼多呢，用比較通俗易懂的語言回答。

量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存槐改儲及處理枯陸量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子演算法時，它就是量子計算機。
經典計算機：
要說清楚量子計算，首先看經典計算機。經典計算機沒明頃從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定演算法進行變換的機器，其演算法由計算機的內部邏輯電路來實現。
1.其輸入態和輸出態都是經典信號，用量子力學的語言來描述，也即是：其輸入態和輸出態都是某一力學量的本徵態。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即|0110110>。所有的輸入態均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態：C1|0110110 >+ C2|1001001>。
2.經典計算機內部的每一步變換都演化為正交態，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。
量子計算機：
量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子比特（qubits）），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的幺正變換。
1.量子計算機的輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交；
2量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態之後，量子計算機對輸出態進行一定的測量，給出計算結果。
由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質的特徵為量子疊加性和量子相乾性。量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當於一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，量子並行計算。

⑦ 量子計算機的工作原理是什麼為什麼計算速度比普通計算機快

普通的數字計算機在0和1的二進制系統上運行，稱為「比特」（bit）。但量子計算機要遠遠更為強大。它們可以在量子比特（qubit）上運算，可以計算0和1之間的數值。假想一個放置在磁場中的原子，它像陀螺一樣旋轉，於是它的旋轉軸可以不是向上指就是向下指。常識告訴我們：原子的旋昌老嘩轉可能向上也可能向下，但不可能同時都進行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態的總和，一個向上轉的原子和一個向下轉的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使耐行用所有不可思議狀態的總和來描述。
想像一串原子排列在一個磁場中，以相同的方式旋轉。如果一束激光照射在這串原子上方，激光束會躍下這組原子，迅速翻轉一些原子的旋轉軸。通過測量進入的和離開的激光束的差異，我們已經完成了一次復雜的量子「計算」，涉及了許多自旋的快速移動。
從數學抽象上看，量子計算機執行以集合為基本運算單元的計算，普通計算機執行以元素為基含衡本運算單元的計算（如果集合中只有一個元素，量子計算與經典計算沒有區別）。
以函數y=f(x)，x∈A為例。量子計算的輸入參數是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A)；經典計算的輸入參數是x，得到輸出值y，要多次計算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。
量子計算機有一個待解決的問題，即輸出值域B只能隨機取出一個有效值y。雖然通過將不希望的輸出導向空集的方法，已使輸出集B中的元素遠少於輸入集A中的元素，但當需要取出全部有效值時仍需要多次計算。