量子计算机PPT
毋庸置疑，量子计算这项技术仍处于发展的早期阶段，尽管这项创新技术很新颖，却仍有大量科技公司投入巨资。像IBM、谷歌和微软这样的公司已经初步采取了投资和研发...
毋庸置疑，量子计算这项技术仍处于发展的早期阶段，尽管这项创新技术很新颖，却仍有大量科技公司投入巨资。像IBM、谷歌和微软这样的公司已经初步采取了投资和研发量子计算的措施。目前来看，量子计算比较有前景和“钱景”的领域之一是人工智能。由于人工智能是在分析大量数据集的基础上进行操作的，因此在学习过程中的误差和不准确度有很大的改进空间，而量子计算很可能让我们提高算法的学习和解释能力。量子计算在人工智能领域更具体地说，在机器学习领域，到底有什么帮助？事实上，现代机器学习的效率和成功程度很大程度上取决于它所获得的数据集。数据集的大小决定了结果的质量，所以如果信息不充足，输出的结果也不乐观。不过，由于量子计算能够超越传统的二进制编码体系，使得数据集的数量和多样性都有可能扩大和丰富。有了更好、更深入的数据集，就有可能更好地训练机器学习模型，从而有助于现实问题的解决。本源量子已在量子人工智能领域进行了初步探索今年9月，本源量子推出了量子人工智能应用——量子手写数字识别。该技术采用经典算法与量子算法混合，利用QPanda量子计算编程框架、VQNET量子机器学习框架实现QNN量子神经网络，为后续量子算法加速计算机视觉量子化处理提供了可能。虽然手写数字识别在经典计算机中并不新鲜，这件工作在现有的模式识别中也较为平凡，但却是小规模量子计算机具有一定实用价值的重要标志。该应用的实现标志了在经典计算机与量子计算机相互配合下能够解决某些具体问题。量子计算给人工智能带来的另一个提升是 "自然语言处理 "能力的提升，可以对文本数据进行更深入的理解和分析。通过量子计算，算法可以更加了解文本数据的内容。换句话说，机器将能够真正理解数据背后的含义，能够分析整个句子和短语，而不仅仅是单词。今年初，剑桥量子计算公司（CQC）宣布，他们首次在量子计算机上执行自然语言处理测试并获得成功。他们使用自然语言的“天然量子”结构，将语法句子翻译成量子电路，然后在量子计算机上实现生成的程序，执行问答。通过在不依赖量子随机存取器的情况下获得结果，CQC科学家们发现了在含噪声中等规模量子计算（NISQ）时代获得量子优势的途径。量子计算的加速优势应用场景广阔，而且在不久的将来很有可能实现。医疗领域也是量子计算最有希望的突破点传统计算机所能容纳和分析的数据量有限，而量子计算的介入扩大了可供研究和比较的各种分子的规模和种类。分子模拟和比较的过程是任何药物开发计划的核心，量子计算将拓展医学研究的边界，允许更全面和多样化的模拟，从而测试药物和人体分子之间的相互作用。除了研究之外，量子计算还可以提高模式识别的能力，创建扩大的数据集，提高核磁共振图像的准确性，从而使医疗专业人员能够更快地诊断和治疗疾病。与医疗保健领域的诊断类似，量子计算还将在金融行业释放新的能力。具体来说，欺诈检测技术主要依靠模式识别。量子计算机可以帮助在早期发现欺诈行为，并基于强大的计算功率与容量而显著提高分析速度。本源量子与建信金科合作成立量子金融实验室，携手探索量子计算在金融领域的实际应用。图片来源：建信金科除了医疗和金融，量子计算还将重新定义目前的营销实践。凭借扩大的消费者数据集和分析能力，品牌和公司将能够推出全新的定制化服务，以满足用户的需求。量子计算将使其在更精确的层面上定位客户，开发出能够准确满足并预测客户需求和偏好的营销活动。通过增强人工智能基于数据集的分析和学习能力，量子计算将消除数据质量和分析准确性的主要顾虑，这些顾虑仍然是机器学习算法在各种场景下应用过程中的障碍。尽管量子计算如今还需要更多的时间来寻找与各行业的全面融合和应用，但无论如何，它带来的变革将是颠覆性的。自20世纪电脑出现以来，半导体产业经历了数次飞跃，计算机性能指数级增长，且更小更强。但时至今日，传统计算机已接近现代物理的极限——元器件接近原子尺寸。来自英国卫报的消息：德国PDI固体电子学研究所、日本NTT基础研究实验室、美国海军等单位研制出了目前最小的晶体管，直径是167皮米（0.167nm）为已知最强的IBM 7nm的1/42、头发的60万分之1、DNA链的1/15。据悉，科学家是在一个砷化铟晶体上制备了12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子。《自然·物理》称，在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。为了后面更好理解，我们先来回顾下基础电路知识（学霸可直接看后面）：首先，我们知道计算机是由基本元器件组成的，即电路的逻辑门，而每个逻辑单元则是由晶体管组成，仅能完成一些诸如加减乘除的简单操作晶体管组成了各种逻辑门，与或非门等多个逻辑门结合在一起，方可完成相对更复杂的计算晶体管是能让计算机处理数据的最基本单元，从功能上来说它像个开关，可阻挡或允许电流通过，高低电信号便组成了数据，即比特——对一个比特来说，有0和1两种。比特位数越多，能表示的数也就越大。如今1个晶体管，已经可以做到几纳米的大小。由于小到仅有数个原子的大小，电子有时会无视其中阻碍而直接通过一个已关闭的三极管开关（简单说就是会漏电，失去了开关作用），这种神奇的超自然现象被称为：量子隧道效应（也叫量子隧穿效应）量子隧穿效应_百度百科baike.baidu.com/item/%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%9A%A7%E7%A9%BF%E6%95%88%E5%BA%94/1825408?fr=aladdin在量子领域上，传统物理学不再适用，所以传统计算机无法正常工作【科普知识点】在找到新材料前，纳米将是现有硅材料的极限目前人类遇到了真正的物理屏障，摩尔规律也失效了接下来科学家要做的就是，利用量子特性，去研究量子计算机传统计算机中，比特是最小的信息单位，分为0和1在量子计算机中，量子比特可被设为0和1中任意一个一个量子比特可由任意二阶量子系统组成该系统可存在0和1两种状态，就如光子可水平或垂直极化（电磁波在传播时的方向和电磁场相互垂直，我们把电波的电场方向叫电波的极化）例如同时具有磁场和自旋的系统或单一光子在量子世界里，量子比特可同时处于多种态，它可以是几种不同量子态当中的任意几种归一化线性组合，这种状态即我们常说的：量子叠加态不过，一旦你通过光子探测器去确定它的值时，它就会变为水平或垂直极化状态中的一种。也就是说，只要不被探测器观察，量子比特就处于叠加态（同时等于0和1）而无法预测其值。在被观察的那一刻，它就会坍缩为两种状态中的一种（参考薛定谔的猫）量子叠加态的特性带来了极大的变革可能性首先，我们知道，传统比特在表示16种可能的组合时，你只能选择其中1种：而在处于叠加态的量子比特中，你可认为它同时处于这16种中的所有状态：啥意思？简单点，降维到小学程度来举例（敲黑板~咳咳划重点！）：一个内存仅有n位比特的简单计算机模型，它有 种状态，n=4时，即16种对于传统计算机，在任意一个时刻，它只能处于其中的1种状态对于量子计算机，4个量子比特都可处于叠加态，也就是能同时工作在上述16种状态中！即上述的1台量子计算机=16台传统计算机并行工作！综上可得1台n位的量子计算机 = 台n位的传统计算机并行计算由此可见，每多一位（逻辑比特），量子计算机的优势呈指数级增长更有趣的是！量子比特还有个难以置信的特性：它可以处于量子纠缠态顾名思义，也就是量子间有着无形的关系，像丝一样纠缠在一起紧密的联系使得一个量子比特发生变化会立刻反应在另一个相关的量子比特上，无论多远。这意味着我们只需要通过观测知道其中的一个状态，另一个的状态也就不言而喻了但是，操纵量子比特也相当令人困惑。我们知道，普通逻辑门由一组输入即可得到一个确定的输出状态而量子门则用于，操纵处于叠加态的量子比特，改变它被观测时可能出现的状态，并最终输出一个叠加态与之前不同的量子因此，量子计算机会设置些量子比特，利用量子门让它们处于纠缠态，并操纵它们各个状态出现的可能性（上帝之门），再通过观测它们，使叠加态坍缩，可能的输出序列中的一种就会出现。这意味着，你能同时进行多组不同的运算最终，它们的结果便是期望中的一种恰当地利用量子纠缠和叠加态，在某些时候它的效率将大大超过传统计算机因此，尽管量子计算机在一些方面表现平平，比如你拿它来上网、打游戏但诸如一些并行计算场景，则是它用武之地，在这些场景中它有着得天独厚的优势例如：在数据库海量数据中进行检索时，传统计算机需遍历其中所有可能的匹配才能找到最终结果，而利用量子计算机中的匹配算法去寻找结果，则可节省数倍时间！还有，在信息安全领域，量子计算机也有着非凡意义和重要应用：目前普遍的加密系统，通过公开分发的公钥加密数据，只能由对应私钥持有者才能解密但关键就在于，获取公钥后其实是可通过数学方法去计算私钥的那么问题来了，传统计算机去计算私钥，可能要花费数年甚至更久的时间，显然不太现实而量子计算机可指数倍缩短、加快这个计算过程是的，一旦量子计算机取得突破性进展，那么或许，现有的众多所谓安全加密系统将被颠覆此外，量子计算机还有模拟量子现象等用途，模拟量子现象一般需要耗费海量的资源（论大型超级计算机的重要性）即便是模拟分子，精度也难以让人满意而通过这些模拟，能帮助我们了解各种蛋白质的特性，从而带来医学变革的可能，拯救人类最近的案例可参考COVID-2019新型冠状病毒的高精度蛋白质模型，一般人可画不出来如今，众多顶尖科学家正前赴后继地研究这项前沿科技，让我们致以最崇高的敬意！他们，是时代的先驱，是未来的开拓者，肩负着未来变革的重任！就让我们共同期待未来！
