量子绝热算法和量子搜索算法

⑴ 量子计算机的工作原理如何解释

要理解量子计算主要从量子算法和量子计算的实现上来看。有些童鞋认为量子计算机不一定比经典计算机快，只适用于特殊情况，需要特殊的算法。这当然没有错，但是这个是很片面的。量子计算的优势主要来自于硬件与经典计算机的完全不同。量子计算的能力主要来自于量子的相干性（叠加态）。这是经典计算机永远不可能达到的。所以量子计算机的计算速度是一定要大于经典计算机的。

当然就跟经典计算机一样，需要优秀的算法，才能使计算能力尽量使用。对于量子计算来说，就需要量子算法来使得量子计算机的计算速度得到最大的利用。比较着名的是shor，Grover，quantum random walk。要找到一个量子算法超越所有的经典算法还是有难度的，当然很多童鞋在做，而且这里也很多关于这些的回答，我也只做过quantumhidden markov model，发了一篇文章就转向做实现去了，所以我也不去凑这个热闹啦。关于量子算法可以参考其他问题的回答，有些还是不错的，也是专业的。

但是，这里几乎没有人去详细讨论量子计算的硬件（或者只是我没有看到），如果要去理解量子计算机的工作原理是不可能绕过硬件去讨论的。首先，什么是通用的量子计算机，有没有标准去衡量。DiVincenzo‘s7 requirements for the implementation of quantum computation（http://arxiv.org/abs/quant-ph?0002077）。这7（5+2）个条件是作为量子计算实现的最核心的条件，说到量子计算机就离不开这7个条件是如何做到的。有兴趣的童鞋可以自己读论文。

现在，物理系统的实现已经有很多很多方案了，比如光子（线性光学），核磁共振（NMR），腔QED，量子点（quantumdot），Redberg atom，离子阱（ion trap），超导系统。这些都是十分有前景的物理实现的方法。他们在7个条件中各有千秋，也各有短板，所以现在都不能称得上最完美的设计。感兴趣的童鞋可以自己找论文去读。这里就不多说了。

再说说量子计算模型，主要有3种，量子线路模型（quantum circuit mode），one way quantum computation model和绝热量子计算模型（adiabatic quantum computationmodel）。量子线路模型是把量子计算过程化成像经典计算一样有不同的“逻辑门”（当然是量子层面的操控）作用在量子态上，最后得到所期待的量子态。one-way quantum computation model是把量子计算，化成通过隐态传输（teleportation）和测量二维团簇态（clusterstate），使得我们可以得到我们想要的量子操控(量子逻辑门）。绝热量子计算模型，是通过先把问题划归成复杂的哈密顿量（Hamiltonian）的基态（ground state）的问题（即找到基态就可以找到最终结果），然后开始与一个简单的哈密顿量，通过绝热过程最后得到所需要的基态。可以证明的是量子线路模型和one way quantum computationmodel，绝热量子计算模型都是等价的。但是基于这3种模型来设计出的量子计算机是千差万别的。

我比较熟悉的是光子（线性光学）和核磁共振，腔QED还行。所以我详细一些说下光子系统和核磁共振系统的实现方法。当然基于约瑟夫森结的超导系统也会提到，毕竟这是大名鼎鼎的D-wave的实现方法。