Page 59 - 计算机技术与网络安全研究

第一章 计算机技术

是量子比特能实际上同时是 0 和 1 的。往往量子比特当未被观测到时被认为是“自
旋的”。不是用 1 或 0 指这些类型的“自旋量子比特”，而是用“上”“下”和
“同时上下”的状态来衡量的。所以，当你需要它是“0”时，它就是“0”，当
你需要它是“1”时，它就是“1”。或者说，量子比特能同时是两个东西，同时
对一个问题计算出多个解决方案。它们不必遵循二进制中的如“做好一件事再做

另一件，或者基于一件事而做下一步”的逻辑，单个量子比特在自旋时能同时做
着两件事，然后当被适当观察到时产生最佳结果。毋庸置疑，量子计算机出现时，
会变得更小、更快、更强大，最终我们都将使用它们，即使我们不理解它们背后

的科学。当前不同的公司正以不同的方式接近量子比特。
量子计算机采用量子叠加及存算一体技术，其组成结构也就不同于冯·诺
依曼结构计算机的五个部分组成，而是由存算器、控制器、输入设备、输出设备
等四个部分组成。
存算器：存算器的基本组成单元是由量子双态体系构成的量子比特，存算

器规模集成后的形态是量子芯片，如超导量子芯片、光量子芯片等，这是量子计
算的物理实现所在，遵循量子力学规律。
控制器：量子比特需要精密调控，调控手段有微波和激光，也就形成了两

类控制器，分别是微波测控系统（微波测控芯片）和激光测控系统（激光测控芯
片），这部分组成是经典的，遵循电磁场论。
输入设备：采用经典计算机，把计算问题用量子算法软件生成数据和指令
输入给控制器，并通知输出设备。
输出设备：采用经典计算机，用量子软件分析量子态精密测量结果，结合

计算问题和量子算法，得出量子计算结果。明确量子计算机的四大组成部分及其
功能，对量子计算机工程研制、组织分工具有重要的指导意义。
米歇尔·德沃雷在 2013 年提出通用量子计算发展需要历经七个阶段：单个

量子物理比特操控；基于多个量子物理比特实现量子算法；量子纠错和控制所需
的量子非破坏测量；实现逻辑量子比特，退相干时间超过单个量子物理比特；单
个逻辑量子比特操控；基于多个逻辑量子比特实现量子算法；容错量子计算。这
七个阶段中，前三个基于量子物理比特，后三个基于量子逻辑比特，第四个阶段
是一个关键期，必须实现由量子物理比特到量子逻辑比特的跨越。

2018 年，美国科学院发布白皮书《量子计算：进展与展望》[13]，汇聚量子

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