量子絕熱演算法和量子搜索演算法

⑴ 量子計算機的工作原理如何解釋

要理解量子計算主要從量子演算法和量子計算的實現上來看。有些童鞋認為量子計算機不一定比經典計算機快，只適用於特殊情況，需要特殊的演算法。這當然沒有錯，但是這個是很片面的。量子計算的優勢主要來自於硬體與經典計算機的完全不同。量子計算的能力主要來自於量子的相乾性（疊加態）。這是經典計算機永遠不可能達到的。所以量子計算機的計算速度是一定要大於經典計算機的。

當然就跟經典計算機一樣，需要優秀的演算法，才能使計算能力盡量使用。對於量子計算來說，就需要量子演算法來使得量子計算機的計算速度得到最大的利用。比較著名的是shor，Grover，quantum random walk。要找到一個量子演算法超越所有的經典演算法還是有難度的，當然很多童鞋在做，而且這里也很多關於這些的回答，我也只做過quantumhidden markov model，發了一篇文章就轉向做實現去了，所以我也不去湊這個熱鬧啦。關於量子演算法可以參考其他問題的回答，有些還是不錯的，也是專業的。

但是，這里幾乎沒有人去詳細討論量子計算的硬體（或者只是我沒有看到），如果要去理解量子計算機的工作原理是不可能繞過硬體去討論的。首先，什麼是通用的量子計算機，有沒有標准去衡量。DiVincenzo『s7 requirements for the implementation of quantum computation（http://arxiv.org/abs/quant-ph?0002077）。這7（5+2）個條件是作為量子計算實現的最核心的條件，說到量子計算機就離不開這7個條件是如何做到的。有興趣的童鞋可以自己讀論文。

現在，物理系統的實現已經有很多很多方案了，比如光子（線性光學），核磁共振（NMR），腔QED，量子點（quantumdot），Redberg atom，離子阱（ion trap），超導系統。這些都是十分有前景的物理實現的方法。他們在7個條件中各有千秋，也各有短板，所以現在都不能稱得上最完美的設計。感興趣的童鞋可以自己找論文去讀。這里就不多說了。

再說說量子計算模型，主要有3種，量子線路模型（quantum circuit mode），one way quantum computation model和絕熱量子計算模型（adiabatic quantum computationmodel）。量子線路模型是把量子計算過程化成像經典計算一樣有不同的「邏輯門」（當然是量子層面的操控）作用在量子態上，最後得到所期待的量子態。one-way quantum computation model是把量子計算，化成通過隱態傳輸（teleportation）和測量二維團簇態（clusterstate），使得我們可以得到我們想要的量子操控(量子邏輯門）。絕熱量子計算模型，是通過先把問題劃歸成復雜的哈密頓量（Hamiltonian）的基態（ground state）的問題（即找到基態就可以找到最終結果），然後開始與一個簡單的哈密頓量，通過絕熱過程最後得到所需要的基態。可以證明的是量子線路模型和one way quantum computationmodel，絕熱量子計算模型都是等價的。但是基於這3種模型來設計出的量子計算機是千差萬別的。

我比較熟悉的是光子（線性光學）和核磁共振，腔QED還行。所以我詳細一些說下光子系統和核磁共振系統的實現方法。當然基於約瑟夫森結的超導系統也會提到，畢竟這是大名鼎鼎的D-wave的實現方法。