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量子计算的发展历程

随着当今信息技术不断发展，计算机的运算速度已经逐渐接近

极限。但是，人们对于计算的需求是无止境的，于是科学家们开

始思考如何扩展计算机性能的极限，于是出现了量子计算。那么

作为当代信息技术的研究热点，量子计算是如何发展的呢？

一、量子物理学的奠基

量子计算的历史可以追溯到20世纪，这是因为量子计算的理

论基础来源于量子物理学。量子物理学是一个高度抽象的学科，

它研究的对象是微观粒子的运动和规律。在20世纪初期，人们发

现了物质存在的波粒二象性，也就是说物质既有粒子的性质，又

有波的性质。根据波粒二象性，科学家们发现微观粒子的运动是

随机的，不可预测，这就打开了探索微观世界的大门。

二、量子比特的提出

早在20世纪50年代，理论物理学家费曼就发表了一篇论文

《SimulatingPhysicswithComputers》，提出可以通过量子计算机

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进行量子模拟，以解决复杂的物理问题。但那时人们并没有当回

事，因为实现量子计算机的技术难点太多。

直到20世纪80年代，经过多年的研究，物理学家们终于发现

了能在量子计算机上运行的基本计算单位——量子比特，简称量

子位，尤其是在1994年，“Shor算法”和“Grover算法”的提出，揭

示出量子计算机在特定问题上的优越性。

相比于经典计算机中的“0”和“1”，量子位中的“0”和“1”不是具

有互斥性质的0或1，而是两种状态的叠加，分别用|0和|1表

示。这样的量子位具有超强的并行处理能力，可以用量子并行处

理的算法进行计算。

三、实验室实现量子计算

1998年，对于10个温度在负273摄氏度时的离子实现了具有4

个量子比特的量子计算。这一成果是人们对于理论物理的验证，

也是开发量子计算的奠基之作。随着量子物理学和量子信息学的

研究进一步深入，量子计算机的性能逐渐提高，同时越来越多的

量子算法被发现。2001年，IBM实验室的研究人员实现了用

NMR（核磁共振）实验装置模拟复杂分子的方法。虽然这样的技

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术难度很高，但是它使得量子计算机与分子动力学的研究产生了

关联。其中的核磁共振技术成为了实现量子计算机的一个水平参

考。

四、量子计算的商业化

随着科技发展，量子计算的发展逐渐进入了商业市场。2007年，

世界上第一台商用量子计算机登场——D-Wave公司推出的

AdiabaticQuantumComputer（AQC）。虽然在规模和精度上不能

和普通的计算机相比，但是作为探索性质的实验用途，商业量子

计算机铺开了量子计算在商业上的应用场景。2018年，Google科

技公司宣布拥有了第一款可进行“有意义计算”的量子计算机——

Sycamore。Sycamore的性能达到了“量子霸权”的标准，这也让量

子计算的发展进入一个新的阶段。

总结：

量子计算的发展历程仍在持续，它仍然是一个新兴的领域。尽

管量子计算机具有快速、高效、并行等优点，但是也面临很多技

术难点，诸如量子比特之间的相互作用、错误纠正和漏洞等。但

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我们相信，随着科学技术的精进，量子计算机一定会有更加广泛

的应用，推动人类科学技术的发展并带来深刻的变革。

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