量子計算

概念的提出

量子計算 (quantum computation) 的概念最早由IBM的科學(xué)家R. Landauer及C. Bennett于70年代提出。他們主要探討的是計算過程中諸如自由能（free energy）、信息（informations）與可逆性（reversibility）之間的關(guān)系。80年代初期，阿崗國家實(shí)驗室的P. Benioff首先提出二能階的量子系統(tǒng)可以用來仿真數(shù)字計算；稍后費(fèi)因曼也對這個問題產(chǎn)生興趣而著手研究，并在1981年于麻省理工學(xué)院舉行的First Conference on Physics of Computation中給了一場演講，勾勒出以量子現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)計算的愿景。1985年，牛津大學(xué)的D. Deutsch提出量子圖靈機(jī)（quantum Turing machine）的概念，量子計算才開始具備了數(shù)學(xué)的基本型式。然而上述的量子計算研究多半局限于探討計算的物理本質(zhì)，還停留在相當(dāng)抽象的層次，尚未進(jìn)一步跨入發(fā)展算法的階段。

中期發(fā)展

1994年，貝爾實(shí)驗室的應(yīng)用數(shù)學(xué)家P. Shor指出 [3]，相對于傳統(tǒng)電子計算器，利用量子計算可以在更短的時間內(nèi)將一個很大的整數(shù)分解成質(zhì)因子的乘積。這個結(jié)論開啟量子計算的一個新階段：有別于傳統(tǒng)計算法則的量子算法（quantum algorithm）確實(shí)有其實(shí)用性，絕非科學(xué)家口袋中的戲法。自此之后，新的量子算法陸續(xù)的被提出來，而物理學(xué)家接下來所面臨的重要的課題之一，就是如何去建造一部真正的量子計算器，來執(zhí)行這些量子算法。許多量子系統(tǒng)都曾被點(diǎn)名做為量子計算器的基礎(chǔ)架構(gòu)，例如光子的偏振（photon polarization）、空腔量子電動力學(xué)(cavity quantum electrodynamics,CQED）、離子阱（ion trap）以及核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）等等。以目前的技術(shù)來看，這其中以離子阱與核磁共振最具可行性。事實(shí)上，核磁共振已經(jīng)在這場競賽中先馳得點(diǎn)：以I. Chuang為首的IBM研究團(tuán)隊在2002年的春天，成功地在一個人工合成的分子中（內(nèi)含7個量子位）利用NMR完成N =15的因子分解（factorization)

發(fā)展前景

量子計算將有可能使計算機(jī)的計算能力大大超過今天的計算機(jī)，但仍然存在很多障礙。大規(guī)模量子計算所存在的一個問題是，提高所需量子裝置的準(zhǔn)確性有困難。