从实践到理论:手工制作量子计算机过程详解
量子计算机吧
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  说起量子力学,可能大多数人对它的印象,都是晦涩难懂,甚至是一门具有玄幻色彩的科学。有些人是完全看不懂,有些人是看完了也没懂,有些人是看懂了却又弄不明白,有些人是明白了却又没法相信,有些人是相信了却又没法解释,有些人是解释了却还是让人搞不懂。
  量子力学就真的这么神秘莫测吗?或许是我们的打开方式不对。虽然我也没学过量子物理,对它知之甚少。但我会用全新的视角,有些颠覆性的理论,去尝试揭开量子世界神秘的面纱。
  或许你会认为我是在宣传伪科学,在歪曲真理。但我并不在乎别人对
如何评价
,只要我表达的观点能够激发大家对自然科学的兴趣,我的目的也就达到了。即便是你读了本书,也未能唤起对科学的兴趣,至少也能从其中悟出一些人生道理。就算是你什么道理也没弄明白,本书对你没有起到任何作用,那你也不会有什么损失。
  有人会好奇,量子都说不清是啥,量子计算机就更难明白到底是什么机器。即使了解它,也跟我们生活相距太远,我为什么要关注跟我毫不相干的事情呢?这样想你就错了,量子跟我们的生活是息息相关的,量子力学不但能帮助我们了解科学,也能使我们的生活变得更加丰富多彩,有效的阻止对我们不利的事情发生。
  这么说就越来越玄幻了,这不是通过一个“符咒”就能改变我们的命运?可能学过量子物理的人,会说对呀,量子力学是有这样的理论。但是我不会这么直接回答你,我只会告诉你具体该怎么做,做什么,能有什么作用。
  除了量子力学,还有宇宙学也是相当的神秘。加上量子物理很多反常理的现象,使得一些唯心论和阴谋论重新滋生壮大,并且说的是头头是道,让你难以反驳。其实学过量子物理的都知道,老师让告诉你“闭嘴!去计算”,因为它确实是没法用理论去争辩,能付诸于实践,才是真理。
  本书会从宇宙诞生、基本粒子等方面,阐述一些基本原理,当然我说的理论知识,很可能是别人都没有说过的,你也许会怀疑它的真实性。但我接下来就会告诉你如何在自己家里,手工制造量子计算机,去验证你的想法,通过实验去学习知识,要比争论更加具有说服力。
  在科学的道路上,且记不要有自大心理,否则就会陷入唯心论,即神学的深渊。但凡把科学和神学混为一谈的,都是没有认真的进行数学计算和论证。只有我们用科学的方法,去解释一切不能解释的事物或现象,才能否定唯心论和阴谋论。
  当我这么说的时候,大家肯定会觉得,这不是某某大神说过的吗?是的,这样的话我们听到过很多次。但是我们身边总有一些人,把科学和神学混在一起,大谈阴谋论。遇到这种情况,我就会不由自主的说出上面的话。
  当然了,并不是拿出一大堆数学公式,就能让阴谋论者闭嘴。如果我都用数学公式来写文章,也不会有多少人愿意去看。所以本书中有关专业学术方面的描述,我尽量使用通俗易懂的语言,阐述其大体过程,错漏失误之处,还请见谅。
  古代先贤们往往能用简单的几句话,就能概括宇宙诞生的过程,以及人与自然的关系。而我解释起来,却十分的困难。这里面会包含关于量子力学、时空穿越、平行宇宙、多维空间,等很多争议性很大的理论学说。解释的越多,就越难解释清楚。毕竟我不是作家,没有那么好我语言组织表达能力。
  正如你现在阅读本书的时候,书中内容能不能让你理解,或者说我想要表达的信息,能不能被你接受,能不能对你产生一定的影响,完全取决于你,而不是我的文字。那么宇宙也是如此,它本身的面目就是如此,但每个人的解读方法不同,就会产生不同的理解和认知。
  这也正好印证了量子力学的理论,信息(量子)是没有确定状态的,只有被观察者去观测了,它的状态才能够被确定。不确定原理和量子的叠加态,就由此而产生。但是无论信息被如何解读,它都只有一个本源。也就是宇宙起源的真相,只能有一个。
  接下来就让我带你们回到一百五十亿年前,去看看最原始的宇宙状态,然后再穿越到遥远的未来,看看那时宇宙会有什么变化,人类如何跟宇宙产生相互影响。在无限的时间和空间里,进行自由的穿梭,来一次不说就走的旅行吧。
2019年02月19日 08点02分 1
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  关于宇宙大爆炸学说,本人实在拿不出足够的证据来解释全部过程。所以我只好搬出道家思想来论述,希望各位不要带有太强的立场性,我只是想表达个人的观点而已。
  有人会问为什么不直接讲量子计算机的制作过程,扯什么宇宙诞生,还有跟道家思想又有毛关系。其实就是因为量子物理太过难懂,用我们的常规思维,很难去理解和应用现有的量子理论。而量子物理对宇宙的诞生,也有更进一步的认识,所以我就很有必要通过全新的宇宙观,去改变我们的思维模式,调整设计的思路。
  老子在《道德经》第四十二章中说:“道生一,一生二,二生三,三生万物。万物负阴而抱阳,冲气以为和。”这句话是关于“道”生万物的过程。先解释下什么“道生一”,这个过程可以划分为五个阶段:太易、太初、太始、太素、太极。
  所谓“太易”,就是宇宙最原始的虚无状态,没有任何物质和能量,却只有无数信息碎片,也许你会疑问,信息如果没有媒介,怎么存在呢?其实它是以量子形式存在的。那啥是量子?如果你学过量子物理,也不一定理解究竟什么是量子,因为量子确切来说并不是一种特定的东西,你可以理解成任何物质或非物质,小到不能再小的计量单位,或者说一个“奇点”吧。
  最早是普郞克在1900年,提出能量是由一份份的能量子组成的,简称量子。为什么叫“份”不叫“个”,是因为普郞克觉得能量并不是实体物质,他当时也不是物理学家,所以只敢试探性的说:我就是随口一说,大家也别太当真。
  当年也确实没人把他的话太当回事,不过爱因斯坦可就当真了。他就很大胆的说,既然能量是由量子组成,那光也是能量,光也是由无数个光量子组成,简称光子。总结说来,量子是微观世界中的小到不可分割的“粒子”。之所以要打引号,就是因为量子不一定是实体的,毕竟是看不到的,我们只能把它理解成微粒。
  那么问题来了,能量是由量子组成,怎么信息也成了量子呢?那我先举一个大家能够“看到”的例子吧,两个氧原子以一定方式排列,就是氧气。三个氧原子以特定方式排列,就是臭氧。不同的方式排列就代表不同的信息。同样量子以不同方式排列,就能形成不同的能量,但不管它怎么排列,都能代表一种信息。这么说可以理解吧?
  如果还不能理解,那我换个角度来解释。当然量子并不像原子那样排列,它没有实体,以能量波的形式表达信息。量子产生波动的时候,才可以叫能量。没有波动就没有能量产生,信息也就无法被传递,所以说太易阶段,是因为没有波动,所以什么都没有。那是什么让量子产生波动?
  这个跟意识有关。怎么又扯上意识了?不是说什么都没有,却又啥都有呢?别急!别急!这里说的意识,可以理解为意识作用。比如说热量是能量,物体一端被加热,向另一端传递热量,这个过程是不是像有个看不见的东西在跑过来,就跟有意识一样,就形象的称为意识作用。
  为什么我们能感觉到热量,就是热量进入人体之后,被我们感官所接收,这个过程是不是传递了温度相关信息?所以说意识的作用是传递信息。我们能看到物体,是反射光进入了眼睛,光是电磁波,它传递了物体的信息。同样,我们的网络信息,也是靠电磁波在传播。
  你可能会从唯心的角度理解意识,千万别这样想。意识就是产生波动的本能属性。由于属性常常用来表示物质的,那么对于能量,我们用意识去表示。抽象点说,有了意识,就产生了波,通过波传递了信息。
  好像越说越难理解,这个问题,我在后面还会继续讨论。总结一句话:大量的信息,以量子的形式存在。信息想要表达,就要有意识,然后通过波来传递,有了波动,就会产生能量。
  没错,太易的下一个阶段是“太初”,此时的宇宙就是充斥着无形无体的能量。那么你会问,太易是什么也没,到了太初阶段怎么就能量,从无到有总得有个因吧?要解释这个问题,我得简单补充点量子力学的知识。(量子力学之所以难懂,就是因为完全违背常识,违背因果论。)
  我们知道一张图片在显微镜下放大之后,就只能看到一些小点。如果你只看到这些小点,自然不知道小点代表什么,只有我们在宏观角度,才知道这张图片里是个美女。
  再举个例子,一个铁块放在高倍显微镜下观察,就是一些分子,甚至能看到原子。在微观角度,铁块是很多原子微粒,在宏观角度它却是连续的。你会问如果铁块是很多原子微粒组成,它怎么不散开呢?而且我拉都拉不开。
  其实这就是物质本身的性质,在微观角度就只有微粒,它就是跟我们常识是违背的。所以说量子力学确实很难理解,其实我举这个例子还算比较易懂,但是微观角度还有更多违背常识的现象。
  刚才啰嗦这么多,只是为了代入一点微观世界的概念,为了解释能量怎么从无到有,我继续用铁块举例。铁块在常温下,原子之间有个固定尺度,如果你强力挤压铁块,它就会变热,也就是分子间的距离缩短会向外释放能量。那如果拉长这个距离呢?
  我们加热铁块到一定程度,就会变成液态,再加热就会变成气态,这过程就是铁原子(分子)间的距离变长了,在气态你就看是不见铁块了。同样道理,能量是一种波,波被拉长到一定极限,就是一条直线。就像脑电波成一条直线,人就死亡了。能量波也一样,波为直线时,能量为零。
  其实能量波所谓曲线直线都是在二维平面的示意,我们知道能量是立体的一个场,比如电磁场。波长越短,能量越大。所以我们可以这样理解,假如宇宙不断膨胀,总有一天所有物质会被拉扯撕粉碎,直至消失,能量被拉扯也会消失,那就变成什么也没有了,总之是不能被感知到了。反过来宇宙收缩,量子的波长变短,能量逐渐增大,也就是宇宙重新形成的过程。
  好,我们开始讲下一个阶段:“太始”,就是能量增大到一定程度,就会产生形态,这只是概念性的,此时能量是可以被探知到,就像电磁场可以理解为圆球体,所以可以认为它有形状。
  如果能量继续增大,能量场越来越明显,宇宙间就像有无数个能够触摸到的能量小球,这个阶段就叫“太素”。
接着能量的波长继续缩短,缩到某一尺度的点,其振荡频率极高,能量极大,那么这个点,就是一个高能粒子。到了这个阶段,就是最后一个阶段:“太极”。
  总结以上五个过程,太易——无能量,太初——能量云,太始——能量场,太素——能量球,太极——高能粒子。
不要以为宇宙就形成了,这只是道生一,后面还有一生二,二生三等过程,我们放到下节再讲。
2019年02月19日 08点02分 2
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第二章 河图洛书与基本粒子的关系
  前面我提到的高能粒子,现代物理学称为上帝粒子,也叫希格斯波色子。每两个上帝粒子相互纠缠在一起,如下图所示,它们向相反方向转动,一个顺时针,一个逆时针。
  当然了,这张图是二维平面的。那么在三维尺度,方向是八个,二的三次方是八。这里指的方向,可不是我们理解的四面八方,而是可以分配的维度。现代物理学称为“八重道”,公式为SU(3),表示有八个维度。  那么问题来了,每个上帝粒子都有三维,另外两个是什么?是时间和空间。你也许会疑惑,时间和空间不是连续的吗?没错,在宏观世界,乃至原子世界,时间和空间是连续的。但是到超微量子世界,时间和空间却不是连续的。  上帝粒子之间的相互纠缠作用,会产生相向和相反两种力,称为引力和反引力,也可以理解为拉力和张力,这种力在平衡状态时,力道非常大,就像一根绷紧的弦,时间和空间就被束缚在这根弦上,两者方向相反。  有人会问,这么大的力道,弦不会断吗?当然会,要不然怎么会有物质,以及我们看到多姿多彩的世界,无限延伸的空间和持续不断永不停歇的时间呢。  我们把引力(拉力)的组成单位叫宙,反引力(张力)的组成单位叫宇。物理学上对于这种基本单位叫做玻色子,是说自旋转为整数的粒子,这个后面再讲。  这根弦当然是我们想像出来的,它断了之后会怎样?因为两个粒子之间的旋转方向不同,“弦”突然中断,不可能消失啊,顺着粒子的旋转方向的弦,它会把粒子越缠越紧,我这也是比喻,你能理解就行。其实这根弦也是波,当然也是粒子,这个粒子叫做“宙”。这个不理解没关系,知道有波粒二象性就行了。  如果从立体角度理解,“宙”顺着粒子旋转方向,它形成作用力就会紧紧的把粒子包裹起来,就像一层膜一样。而这个力对于外部来说就非常弱,可以形象的说,“力”被旋转的粒子给带跑了。因此这个力也叫弱力。反之“宙”逆着中心粒子旋转方向,这个作用力就会变强,我们称之为强力。  两个相反的粒子被分开之后,在反引力(张力)作用下,被反弹开来,到处乱撞。如果撞向其它成对的上帝粒子,就会使它们分开,进而引发一系列连锁反应,称为能量聚变反应。具有强力的粒子,如果它撞向其它粒子,就会相互结合在一起,形成夸克和反夸克。粒子与粒子之间具有对称性。有一种粒子,必存在一种反粒子。上个世纪人们发现的粒子有三百多种,就不一一说了。总之,你知道粒子都是成对出现就行了。  而“弱力”的粒子,命运则完全不同。它只要不撞向跟它相反的粒子,就不会跟其它粒子(如夸克和上帝粒子等)结合。每次撞击获得的能量反而使它向内收缩,体积越变越小,由于这种粒子通常质量很轻,我们叫它“轻子”。共有六种,包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。  基本粒子质量是由中心粒子的运动方向和作用力方向决定的,轻子的作用力方向与运动方向相同,所以就轻。
夸克也是共有六种,它们是:顶夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。夸克的中心粒子运动方向跟作用力方向相反,所以质量就很大。  所谓自旋,就是作用力与中心粒子方向的差异。轻子是完全相同,所以自旋为零。作用力的组成单位是“宙”,它也是时间的基本单位。粒子的旋转是相对于“宙”来看的,也就是时间,我们也都是通过单位时间去测算物理量的。  我们把宙的速度(频率)叫时间波,它是远大于光速(电磁波)的。怎么证明呢?电磁波通常是由电子释放的能量产生。电子表面的时间波是顺着粒子旋转方向,时间波是被拉长了,再由它的能量转化成电磁波,当然也不能比时间波快。  而夸克的情况是相反的,逆着中心粒子的时间波,是被压缩的,频率(速度)更要高出很多。如果把电子内部粒子的旋转当作是火车,火车总比时间波快,时间波又比电磁波快。所以说超过光速就能超越时间,或者说让时间停止的说法是错误的,只能说相对的放慢了时间。  而原子核内部产生的时间波就会更快,原子裂变产生的高能射线,就有可能超过光速。当然了原子核是由质子和中子等组成,质子和中子是由夸克组成。如果能让夸克裂变,就有可能产生接近于时间波的高能波速。  综上所述,可以总结为太极(上帝粒子)生两仪(正反粒子也称阴阳),两仪生四象(引力、反引力、强力、弱力),四象生八卦(8个维度)。(跟现代物理学上四大作用力:引力、强力、弱力、磁力有所不同,我说的是宇宙早期的作用力。)
  标准基本粒子可分为62种,再加上宇和宙,正好是六十四。如果把基本粒子关键要素,用二进制来表达,白点代表亮灯是1,黑点代表灭灯是0。要表示出一分二(正反粒子),三基色(夸克的三种颜色),四种分类(轻子、强子、玻色子、传播子),六种夸克(6味×3色),八重道(粒子的归类方法),64粒子图谱等。你就会惊讶的发现,这些信息正是河图洛书所画的内容啊。当然了,现在我们能看到的河图洛书,应该是古代人们的想象加工,原图都已经失传,但是古人能从原图看出所蕴含的信息,并流传至今,也证明了古代先贤的高超智慧。
2019年02月19日 08点02分 3

2019年11月13日 03点11分
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第三章 易经八卦和传统逻辑计算机
  河图洛书中是否包含基本粒子的图解信息,我们也无从得知,但我们可以猜想,上古文明在某种危机情况下,想要把他们的智慧信息保存下去,就在石块上用黑白点方式刻画出来。经过几十万年后,被我们祖先发现。他们经过反复观看并总结出一些规律,并用长木条代表阳(白点),两根短木条代表阴(黑点)。两爻(两条横线)得出四象,三爻得到八卦,六爻得出六十四卦,也就有了易经的基础符号。
  当然我们现在牵强附会的说,基本粒子跟河图有什么关系,河图跟八卦有什么关系,都不具备科学的精神。我这所以引入这两个概念,只是让大家学会使用图解机器语言。
  我们都机器语言是二进制的,也许很多人对于二进制是什么东西,都没有太深的了解。我先给大家看一串二进制信息,不知道你们是否能看懂其中含义:
  你肯定会说这什么玩意啊,我怎么能看懂。这串信息是1974年11月16日,在阿雷西博射电望远镜改建完成的庆祝仪式上,人们向外太空发射的一段电波。它是由美国天文学家弗兰克-德雷克和卡尔-萨根精心编写的,目的在于让接收到此信号的外星文明了解地球文明的存在。
  外星人能不能看懂,我们就很难得知,那我们地球人能不能看得懂呢?好吧,我就不卖关子了,其组合过程就不细说了,解读后的图片如下。
  这里面包含大量信息,咱就不细说了。我们需要了解二进制是如何进行图解的。首先我们把八卦的阴阳爻(直白的说以及各个一根长棍和两根短棍),用黑白方块来表示(当然为了画图更快,也可以用河图的黑白点来表示),那么阴阳就是下面的图示。
  习惯上我们是从右往左,也就是左边阴,右边阳的二分原则,再按照《老子》的一生二,二生三原理,用二进制表示的话,二的一二三次方,分别是二、四、八。其实就是二次方就是两爻,用两层黑白方块,三次方是三爻,用三层黑白方块。下面是四象的图解:
2019年02月19日 10点02分 4
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如果再用阴阳爻来表示四象,就是下面的图案。
  接着我们用三层黑白方块,还是左边阴右边阳,那么八卦的图解就是下面这个样子:
 
 再用阴阳爻表示,按顺序排列成圆形,就是先天八卦的图案:
 
2019年02月19日 10点02分 5
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第四章 量子计算机的实现原理和生产方法
  经典计算机的原理,相信大家已经不再陌生。我们知道经典计算机有一个摩尔定律,就是单位面积上晶体管的数量,每18个月都要翻倍。事实可能比理论速度还要快,这就导致出现一个瓶颈:当集成化程度越来越高,晶体管密度(体积)小到一定极限,它就不再遵循经典理论,而是遵循量子力学了。(这话是某些物理学家说的,貌似存在一定问题的,我在后面会继续论述,暂且留一个悬念吧)。
  当然本质的问题是随着集成化程度,CPU(中央处理器)的温度也会越来越高。这并不是由于密度造成的,而是随着计算能力的提高,也就意味着“不可逆”操作会不断增长(本质上是比特信息的丢失),这是CPU发热的主要原因。我们知道非门是可逆的,从结果可以推导出输入的值,而与门和或门就不能进行反向推导,也就是“不可逆”的。
  经典计算机在实际运算中,几乎全是不可逆操作,那是否可以实现可逆计算呢?答案也是有的。随着量子力学的发展,人们根据量子理论,也想到了一系列解决办法,例如根据“幺正变换”原理,使用量子比特取代逻辑比特,量子的叠加态还能进行并行计算,就是量子计算的运算位数是逻辑计算的2的n次方倍。
  那我们用什么作为量子比特呢?理论上二维复希伯特空间的两能级量子体系,都可以作为量子比特,就是选择一对“正交归一”的量子态。比如量子的自旋,在没有测量时处于叠加态,测量时就坍缩成本征态。叠加态到本征态是遵循“正交归一”算法的,当然这只是原理。而量子比特又不能进行逻辑运算,为了解决这一问题,我们还要进行不断的摸索。这时又一位大神“彼得-秀尔”,基于量子比特搞出一套“秀尔算法”,具体原理咱就不讲了,反正是它可以进行大的质因数分解。
  学过电脑编程的都知道,有一个RAS加密算法,就是基于质因数分解的困难性。传统计算机是很难进行大的质因数分解的,所以RSA加密就被广泛应用,银行、政府以及军事领域也都在使用。那么量子计算能够进行大的质因数分解,无疑是给量子计算机的研发,打了一支兴奋剂。(可能有人就在幻想去破解银行的加密系统了吧)
  举个例子,一个300位数的质因数分解,用现有最快的超级计算机,大约需要150亿年,这比宇宙形成的时间都长啊。而用“秀尔算法”只用不到一分钟,就可以完成。而且“秀尔算法”也解决了困扰量子计算十几年的问题,量子比特如何转为逻辑比特。就是算出来结果是叠加态的,一测量就成本征态,那谁知道算出来的是什么啊。秀尔算法正好能让你测量出想要的结果,不需要的结果就“相干相消”了,所以就能“一测就准”。
  那么接下来还有更严重的问题,就是“量子退相干”。我举个大家能理解的比喻吧,你想搞出成对(正交归一)的量子,比如你能打出一对光子,它们是相互纠缠的。但问题光怎么能“停住”,它不可能呆着不动一直等着你测量吧。再比如说打出一对正负电子,自然界本身没有正电子,而原子表面都是负电子。你用什么去固定住正电子?肯定不能是物质,只要有物质就会有负电子跟它发生湮灭。就算你能不用物质,它也是会“消失”的。
  为了解决这个问题,人们首先想到的办法是量子纠错码,就是我用多个量子当一个用,你不能全都退相干吧,然后把退相干的那个错误的纠正过来,就叫量子纠错码。然后中科大的郭光灿团队又提出一种解决方法,叫量子避错码。就是量子在超辐射的环境下(无消相干子空间),能够很好的保持相干性,计算也不会出错。第三种编码叫做量子防错码,就是使用量子芝诺效应,保持一定频率的“测量”,让量子保持在稳定的状态。
  那么接下来就是具体怎么实现了,也就是说采用什么技术来解决退相干问题,比如有电子与核自旋共振、量子光学的冷阱束缚电子、线性光学的原子和光腔相互作用、超导量子干涉、量子点操纵等等。不同的科研团队研究的方向也不相同,但是我们通过新闻也可以得知,目前的量子计算还只能进行几个或者几十个量子比特的运算。这跟经典计算机几千亿个晶体管,是根本没法比的,也就表明这里面的难度,不仅仅是我刚才说到的那些。
  这里我就要消除下大家对量子计算机的一些误会,比如量子计算机一定能取代经典计算机,这是不可能的。并不是量子计算机就有绝对优势,像经典计算机能够完成的逻辑运算,都会比量子计算要快。只有一些经典计算机难以实现的算法,量子计算才可能具有一定优势。
  关于如何生产可以集成化的量子计算机,最有可能的就是超导芯片技术。这里我们得说一个关于量子计算机的五条标准:迪文森佐标准。
  第一条:具有可以良好表征的量子比特,并且可以拓展。良好就是每个量子比特,必须能够单独寻址。可拓展就是可以集成化,进行批量生产。
  第二条:必须有一种方法,能够在计算之间,将所有量子比特设置为0,也就是初始化(格式化)。这一点目前还是做不到的,因为我们知道,制造几个量子比特就相当不容易了,我们就是直接拿来“运算”。运算完了,想要再去利用,就得初始化啊。目前这个问题,还是尚未解决的问题。
  第三条:要有一套通用的量子逻辑门。就像经典计算机只需要三种逻辑门:与门、或门、非门,就能完成所有的运算。量子计算的逻辑门,包括通过量子纠缠实现的“双量子比特的受控非门”,还有“单量子比特门”,它们就构成了量子计算的通用门。
  第四条:要有一套的解决“量子退相干”办法。这个现在已经有三种量子编码原理:纠错码、避错码和防错码,刚刚已经说过。
  第五条:必须要能通过测量量子比特,得到想要答案。这也关系到量子计算的效率问题,比如秀尔算法可以做到在测量想要结果的相干相长,不想要的结果相干相消。这个过程是通过反复测量得到的,也就是测量次数越多,结果就越准确。理论上只能是无限接近准确,不能达到完全准确。目前还没有办法做到,直接得到最好的结果,所以量子计算的效率,还存在很大的局限性。
  在超导芯片技术应用方面,有个神奇的东西叫“约瑟夫森结”。关于超导的原理,有种解释是金属表面的某两个电子,可以形成“库珀对”,它们之间可以彼此自旋,而且运量是相反的,可以在晶格当中无损耗的移动,所以才有了超导现象。我们知道超导体是没有电阻的,即使没有电压,也可以形成电流。
  超导现象尽管神奇,但它能做什么用,相关研究一直很少。我们现在知道它能反重力,当超导体悬浮于空中时,就不受重力影响,即使上面站几个人,它也不会掉下去。那么正式开始研究超导现象的,是当时只有22岁的约瑟夫森,在1962年解释了超导电流的形成原因。
  约瑟夫森在两个超导体之间放一个很薄的材料,这个材料可以是绝缘体,也可以是导体,也可以是削弱了的超导体,比如很细的超导体。那么只要施加电压让电流通过,就不再需要电压,也能形成连续不断的电流。那么这个设备就叫约瑟夫森结。
  如果我们把约瑟夫森结的超导体两端给连接起来,形成一个闭合的环路。那么电子就会在这个环路里自由流动,不需要加电压。既然是自由流动,也就是说它是处于叠加态的,既可以正向流动也可以反向流动,那么这个“环”就叫超导量子干涉仪。这个东西对于磁场特别敏感,可以用来检测很弱的磁场,比如地球磁场。
  那么要使用超导技术生产量子计算机,首先要满足超低温条件:绝对零度(-273.15℃),然后是零磁场(地球磁场的六万分之一),还不能有任何的震动。量子计算机的处理器也叫QPU,它是用若干个铌制成的微型超导量子环,作为量子比特。比如加拿大的D-Wave公司,生产的2000Q系统最多能装下2048个量子比特和5600个耦合器。为了实现这个规模,其使用了128000个约瑟夫逊结,这也让D-Wave 2000Q的QPU在当时成为了有史以来最为复杂的超导集成电路。当然美国的IBM和谷歌团队也不甘心示弱。谷歌高调争夺“量子霸权”,并发布完成了72量子比特的处理器,微软也为其制作了相应计算机编程语言。
  然后再来说说咱们国家的。比如潘建伟团队在线性光学方面,利用光子的偏振,可以验证量子纠缠等现象。他们已经实现18个光量子比特,保真度能做到70%左右。它的厉害之处,就是只用6个光子,一个光子有三个自由度,6个光子也就是18个量子比特的GHZ态的制备和表征,这是国际上领先的。
  还有前面提到过的郭光灿院士,领导的团队叫合肥本源量子计算科技有限公司,就在2018年12月6日宣布,他们研制了中国首款电子计算机控制系统。还有中科大的杜江峰院士领导的微观磁共振重点实验室,于2019年2月6日,利用金刚石中电子自旋和核自旋,作为两能级量子比特体系,首次完成了在室温下基于固态自旋体系的可编程量子处理器。
2019年02月22日 10点02分 7
四面八方都是在二维方向上说的,三维从正方体立体面上讲,是六个面,这几种概念不要混在一起讲。
2020年03月08日 01点03分
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还可以
2019年03月15日 12点03分 8
level 6
现在这个时代,手工制作量子计算机是没有任何可能的。原因在于利用生活电器,或者可以购买的民用商用设备都没有能力保持量子态。要是真想玩,可以找模拟算法来玩。
2019年05月13日 04点05分 10
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火药是中国古代发明的,西方把它升级应用到军事武器领域,反超中国并给中国带来灾难!我们一定要警醒!历史的车轮不要重演!这里道一声:“科学家们、您们辛苦了!”
2019年09月24日 22点09分 13
说的古代中国吧火药没用在军事上一样?
2019年12月21日 17点12分
level 7
你这样写推广,我第一个就把你打死了!你可能适合搞研究,但你不适合推广搞教学!死知识推广只能让更多人远离这门科学!
2019年12月21日 17点12分 15
你倒是说点比他好的出来玩玩
2020年02月08日 06点02分
level 1
楼主这帖子要是原创那是真大神[真棒]量子纠错码这个方法感觉不太行,放的量子太多过单算法的时候不会堵塞电路么?而且和第二个纠错码的方法一样,成本也是一个问题。个人觉得避错码的方法最实际。
另外表示一下担忧,你们这又是人工智能又是量子计算机,万一人工智能拿了量子计算机的权限,后果太可怕不敢想[呵呵]
2020年01月13日 14点01分 16
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目前国内外类似工作有哪些?
2020年03月19日 13点03分 17
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1:量子位的基本概念;
2:量子计算的应用;3:量子处理器目前的发展情况?
2020年03月19日 13点03分 18
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