1、5-6 量子计算二 量子计算机计算机是否存在极限的运算速度？能否实现不可破译、不可窃听的保密通信？这些都是人们所关注的问题。1996 年，美国科学周刊科技新闻报道，量子计算机引起了计算机理论领域的革命。英国自然杂志新闻与评论声称，量子计算机将进入工程时代。经典计算机，其输入态和输出态都是经典信号。用量子力学的语言来描述，即其输入态和输出态都是某一力学量的本征态，所有的输入态均相互正交。例如，可以分别输入二进制序列674和 ，0110但不可能输入它们的叠加态c1 + c2 .而且，经典计算机内部的每一步变换都把正交态演化为正交态，即其变换只对应于一类特殊集。量子计算机最本质的特征是其计算的量子叠
2、加性和相干性。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，其输入态和输出态为一般的叠加态，它们相互之间通常不正交；量子计算机的变换为所有可能的幺正变换，对输出态进行测量给出计算结果。因此，量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算机，所有这些经典计算同时完成并按675一定的概率幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果，称为量子并行计算。在量子信息论中，信息的载体不再是经典比特( 它只有两种状态，即 0 和 1)，而是一个一般的二态量子体系，称 为量子比特，它可以是一个二能级的原子或离子，也可以是一个自旋为 1/2 的粒子或具有两个偏振方向的光子。区别于经典比特，量子比特可以处于
3、 0 和 1 两个本征态的任意叠加态；而且，在对量子比特的操作过程中，两态可以相互干涉，此即量子相干性。量子信息论的所有优越性均来自于量子相干性，但是由于环境的影响，量子相干性将不可避免地随时间指数衰减，这就是困扰整个量子信息论的消相676干问题。量子计算机本质性地利用了量子相干性，相干性的丢失以及其他一些原因就会导致运算结果出错，即引起量子错误。作 为信息论领域的一个革命性进展是量子编码，目的就是为了纠正和防止这些量子错误。通过量子编码，人们看到了克服消相干的希望，从而使得量子计算机和量子传输等可以从梦想变为现实。量子计算机是量子力学在信息领域中的直接应用，它是当前信息科学领域中十分活跃的前沿课题。量子计算机研究中最突出的特点是物理学的原理和计算机科学的交融和相互促进。(详见 1998 年中国科技大学郭光灿教授在677物理杂志上发表的系列文章：第 27 卷第1 期第 53 页；第 4 期第 241 页；第 8 期第496 页。)
