『走近前沿科学TB』其原理通俗易懂的解释，改变世界的量子计算机
现在的电子计算机基本原理叫冯诺伊曼体系结构 ， 是把计算机分为两个主要的单元 ， 第一个是计算单元 ， 第二个是存储单元 。 计算单元就是CPU ， 存储单元分为三种 ， 一种是CPU里的高速缓存、内存和硬盘 。 计算机把静态的数据存在存储单元里 ， 如果需要改变数据 ， 则调入到CPU里计算 ， 然后将结果再存进存储单元 。 我们用这两个单元来理解电子计算机的硬件结构 。
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现在的计算机如何通过计算来模拟我们的真实生活中遇到的各种问题呢？这就需要通过算法和数据 ， 或者通俗地理解为软件 。 现在的电子计算机使用一种叫“比特”的概念来存储数据 ， 一个“比特”里对应的数据要么是0 ， 要么是1 。 现在我们的电子计算机存储和互联网上的所有内容最终都是通过无穷无尽的“比特”以0或1的形态存储起来的 。
量子计算机的基本原理还是冯诺伊曼体系结构 ， 量子计算机依然是分为两个主要单元 ， 计算单元和存储单元 。
量子计算机和现在的电子计算机最大的不同在于其使用的存储单元 ， 量子计算机用来存储数据的东西叫“量子比特” 。
电子计算机的“比特”是只可能有两种状态 ， 即要么是0要么是1 ， 电子计算机使用二进制来存储所有的数据 。
“量子比特”有三种状态 ， （妈的 ， 这下就麻烦了 ， 下面都是我半懂不懂的 ， 我真的不敢保证以下表述就是对的） ， 这三种状态包括两个本征态 ， 0或1（科学家们用了一些特殊的符号来表示 ， 我们先不管他们 ， 就用0和1） ， 还有一个状态是“量子叠加态” 。
“量子叠加态”是个非常奇怪的东西 ， 它即可能是1 ， 也可能是0 ， 具体是什么 ， 需要通过“测量”来得到结果 ， 而且“测量”得到的结果还不是确定的 ， 是随机出现0和1 ， 也就是50%概率是1 ， 50%概率是0 。
【『走近前沿科学TB』其原理通俗易懂的解释，改变世界的量子计算机】那么问题来了 ， 这有什么用 。 具体的用法是这样的 。
现在的电子计算机你从存储单元调入两个“比特”进入计算单元 ， 比如调一个0和一个1 ， 然后相加 ， 计算后得出的结果只能是1 。
但使用量子计算机你从存储单元调入两个“量子比特”进入计算单元 ， 完成计算 ， 这个过程就相当于在电子计算机里完成了以下四个过程 ，
调入0和1 ， 相加；
调入1和0 ， 相加；
调入0和0 ， 相加；
调入1和1 ， 相加 。
然后通过“测量”可以在1/4的概率下得出一个确认性的结果 。
以上分析 ， 你会发现 ， 量子计算机的一次运算加上多次“测量”相当于电子计算机的4次运算 。 这就是量子计算机的并行计算能力 。 而电子计算机只能串行计算 。
如果有一台量子计算机能够处理4个“量子比特” ， 那就相当于现在电子计算计算能力的2^4 ， 如果是能处理8个“量子比特” ， 就相当于2^8倍……
但必须知道的是 ， 这种并行计算能力还要配合“测量” ， “测量”是一个线性的工作量 ， 所以量子计算机的计算能力的优势的具体应用场景并不一定能在各个领域体现出来 ， 关键是要看这种处理量子比特的算法的设计 。
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量子计算机这种强大的并行计算能力特别适合用来研究极限运算或者一些高尖端的科学难题 ， 下一步要去搞明白量子计算机是否能够计算出圆周率最后的结果 。
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