1 引言
随着计算机技术的飞速发展，计算机芯片的集成度越来越高，集成电路的尺寸正在逐渐接近晶体管的物理极限，有关研究表明，当计算机原件尺寸变得非常小时，现有的经典物理描述已经不再适用，必须要用量子力学描述。进入 20 世纪 90 年代, 实验技术和理论模型的进步为量子计算机的实现提供了可能，随着量子计算算法的突破性进展，传统的RSA公开秘钥密码体系面临着巨大挑战，如何建造一台可靠的通用量子计算机，也成为了世界各国研究人员的首要课题。
近年来量子力学取得的成果促进了量子通信和量子计算的飞速发展，量子保密通信已经投入实验，迄今为止，世界上还没有真正意义上的通用量子计算机问世，但是，世界各地的科学家正在不懈探索可能的途径，寻找解决方案，本文主要抄袭了今年来关于通用量子计算机的研究论文，介绍了通用量子计算机的实现方向和前景。
(以上内容都是屁话)

2.量子算法概述
计算机设计的目的，就是为了进行精确快速的数值运算。为了提高运算效率，科学家们设计了很多算法，上世纪80年代，曼(R. Feynman)和马宁(Y. Manin)提出：从算法的角度来说，量子计算机具有比经典
计算机更强大的计算能力。[1][2]量子计算机的优越性得到了证明。
1985年，多伊奇(D. Deutsch)提出了量子计算机的模型——通用量子计算机(或量子图灵机)[3]。通用量子计算机采用二进制运算，利用两种高度区分的量子状态（即量子二态系统），对应二进制运算之中的0和1。因为量子独有的叠加特性，每个量子比特的状态可以处于0 1或0和1叠加状态。
与经典计算机的逻辑门计算原理类似，量子计算机可以通过有限个量子门的特定组合，完成任意精度的近似计算 。这样的一组量子门被称为通用量子门。利用合适的通用量子门，既可以计算量子算法，也可以计算目前的经典计算机算法，量子计算机的计算能力，总体上是大于等于传统计算机的 。
1986年提出的多伊奇—乔沙问题，表明了量子计算机在特定问题上具有的优越性[4]，在多伊奇—乔沙问题中，经典计算机随着输入数据的长度增多，运算量会呈指数增大，从数学角度看，解决该问题需要进行2^n/2+1次计算。而采用量子算法的量子计算机，无论长度多大，永远只进行1次计算。这 个 量 子 算 法 被 称 为 多 伊 奇 — 乔 沙(Deutsch—Jozsa)算法。当输入比特增多的时候，确定性经典算法需要计算 的次数随着比特数量指数增长，而量子算法仍然只需要计算f一次。
1994 年，肖尔(P. Shor)提出了能够解决因数分解问题的量子算法，被称为肖尔(Shor)算法[5]，按照经典计算机的计算方法，计算的时间会随着数字长度的增长，以次指数的速度增加，当数字长度达到一定程度时，破解时间将会是天文数字，传统计算机的破解已经失去了意义。但是利用肖尔算法，计算的时间只代数形式增加，这将对基于因数分解的RSA密码系统造成严重打击。

对量子的模拟问题，一直是一个运算量巨大，存储空间占用多的复杂计算问题。
1996年，劳埃德(S. Lloyd)提出了可以模拟局域相互作用量子系统演化的通用量子计算机算法[6]。根据这个算法，模拟量子系统演化的误差可以趋近于零，而算法所需的资源随着子系统个数、误差等参数的变化是一个代数函数。因此，通用量子计算机可以有效模拟量子系统演化。基于对演化的模拟，量子计算机还可以用来求解某些量子系统的基态能量等问题。量子系统的演化和基态能量是两个非常重要的计算问题，在物理、化学和材料等学科的研究中均有应用。

@江藤纪之介 @血染图腾 @厉风 申精

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等会查重的时候一看，嘿真有趣，重复率90%
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2.通用量子计算机面临的主要问题
至今为止，几乎所有量子算法都是基于通用量子计算机的实现发展的，事实上，因为退相干现象，百分之百准确量子门运算是几乎不可能实现的，如何减小计算误差，才是量子计算机要面临的关键问题。
量子计算的门运算是基于量子力学中幺正变换设计的。幺正变换是一种描述绝对封闭的系统演化的方法。然而在已知的物理系统中，不存在绝对的封闭系统，所有的系统都与外界有着或大或小的相互作用。由于外界环境的影响，系统的变化不再是单纯的幺正变换，而是一种非幺正变换，有些非幺正变换会使量子系统失去相干性，导致叠加态不能持续。这个过程被称为“退相干”。
退相干会导致量子算法的优势减弱，1998年，有研究指出，退相干现象会导致肖尔算法的正确概率降低[7]，当正确概率过低时，量子算法就失去了优势。在量子计算系统中的量子门也会因为退相干现象偏离正确结果，导致量子算法失效。
退相干普遍存在于自然界，虽然计算过程中的错误不可避免，但是合适的系统设计可以减弱退相干，降低错误的概率，不影响最终的计算结果。

更新！

3 通用量子计算机结构设计
与经典计算机一样，通用计算机也是由同样的基本结构构成，计算机体系结构的设计，不仅影响着硬件之间的联系，还影响着软件的操作。
以现有的量子技术水平，设计一台通用量子计算机的结构，将远比设计一台经典计算机复杂，原因体现在以下方面：
(1)没有完善的数学模型：经典计算机在设计之初，就已经有了完善的图灵机模型和布尔逻辑模型，基于上述两种模型，创造出了流行至今的冯诺依曼体系结构，但是在量子计算机的体系结构中，两种数学模型都不能直接使用，以至于在量子计算机结构设计的各个层次，都需要修改甚至重新建立已有的数学模型
(2)量子资源要求较高：随着经典计算机的技术逐渐完善，其可用性和稳定性已经能够满足人们日常生活的需要了，尤其是电子计算机，其可靠性和性价比已经上升到了一个极高的高度，这一点远优于量子计算机。首先，量子计算机的量子比特目前还是很难制备的，没有电子计算机易得，其次，由于退相干现象的存在，量子计算机的可靠性和保真度都比较差，这就导致大部分物理量子单元被浪费在了量子计算的纠错容错系统中，而不是直接参与计算。理论表明，在能较好进行容错和纠错量子计算的系统中，理论表明，物理量子位与逻辑量子位的比例应达到６∶１[8]，这对量子资源的利用效率产生了严峻挑战。

(3)经典信息与量子信息的接口：接口的速度是影响计算机效率的原因之一，量子信息的输入输出需要进行经典信号到量子信号的转换，在设计量子计算机系统时，必须要研究经典信号接口对量子信号的控制能力。
(4)满足易用性要求：计算机对于操作者应当具有一定的透明性，量子计算机的学习难度不应高于经典计算机，同时计算机的上层封装也要保证完善，避免操作者额外学习量子力学相关的知识，增加额外的学习负担

量子计算机适合做计算，不适合图像处理，比如打游戏

目前国际上认可程度较高的容错量子计算机结构有两种：的量子逻辑阵列体系结构 （Quantum Logic Array Architecture ,QLA）,以及在QLA基础上研发的改进型架构，即压缩量子逻辑阵列体系结构（Compressed Quantum Logic Array Architecture ,CQLA）,这两种体系结构从数学模型上看是同体的，其基本作用为将复杂的量子操作映射为基于线路的运算，在这两种结构中，复杂的量子计算可以转化为一系列“计算片(computational titles)”的串行操作，每个计算片皆由一个容错的“逻辑量子位”组成，根据不同的容错程度，一个“逻辑量子位”可以由多个物理量子位组成。QLA与CQLA的主要区别在于，CQLA对计算机的系统层进行了平衡——包括速度与容错性的平衡以及可靠性与实现难度的平衡。

其实差得很远。。。