量子计算领域如何实现高级函数和复杂过程？ 第1页

经典计算机上的操作是通用量子计算机严格的子集. 当然有实用价值的通用量子计算机还没有实现. 有这个问题, 主要不是题主对于量子计算机是什么不了解, 而是对于经典计算机的结构不了解.

比特操作与运算的可行性

题主不妨去查一查题中提到的这些运算在经典计算机上怎么用操作比特来实现的. 在这里不展开了, 光一个加法器就能在大学课堂里讲半节课. 只提一件事: 理论上只需要或非门就可以实现所有的比特操作, 称为通用逻辑门 (universal logic gates). 而能实现所有的比特操作, 原则上就能实现图灵机的全部功能, 也就是说和我们的计算机在运算的可行性上能力是一样的.

在量子计算机上照搬就可以. 因为所谓的通用量子计算机上要能实现所有的比特幺正操作, 这其中包含把量子计算机退化成经典计算机的所有操作. 类似于上面通用逻辑门的结论, 量子计算机上有通用量子门 (universal quantum gate) 的概念, 通常来说是两个单比特门和一个产生纠缠的双比特门 (Solovay–Kitaev theorem). 实现了通用量子门, 我们就有了量子图灵机. 现在的可行性实验大多就是在测试相关系统上能不能实现这些门电路.

可编程性与硬件的通用性

不能因为现在在电子计算机上, 别人在硬件上实现了基本的操作, 然后软件上又帮你实现了这些高级函数, 就认为在原理上这些操作和早期的计算机有什么本质的区别. 如果要说有, 那主要是现在大多数计算机都是可编程的, 或者说程序和数据一同作为输入, 然后对数据运行程序. 于是运行不同的程序, 我们就不需要改变硬件, 只要改变输入就可以了. 这种结构是冯诺依曼结构的主要特征之一. 但从硬件来看本质上还是上面提到的比特操作.

如今的量子计算机研发, 能处理的比特数量还很有限, 连实现有实用价值的专用功能都很难, 不要说像现在电子计算机这样的可编程结构了. 但这并不意味着这是不可能的. 正如上面说了, 如果我们能造出通用量子计算机, 那么至少我们在电子计算机上能做的事情, 在量子计算机上也可以.