Q#入门理论：量子计算入门

要开发量子计算程序，多少了解点量子物理也是应该的。

 

我大学是学电子商务的，研究生才转为工科开始学计算机科学，所以对大学物理也没有学过。（我庆幸自己错过了大学四大挂之一） 这篇文章就简单说一下我对量子力学入门的理解。

 

我们在高中都学过，能量是有个最小单位的，不能无限细分。

普朗克发现了所有的能量都是某个数的倍数，这个最小的能量单位普朗克就把它叫成量子。

那一代出现了好多大物理学家，和爱因斯坦同时代的，比如德布罗意，我们学过他的德布罗意波。

还有海森堡、泡利等。

 

但是进入大学，学习的物理就系统了，用到了各种各样的理论和公式。我反正是没学过了，也不敢随便说了。

虽然我一直到现在也很喜欢物理和数学，但是业余爱好和业内专业是两回事。而且相对于微观的粒子，我阅读的更多的是关于宏观的宇宙的，比如柯伊伯带、奥尔特星云等。

当然微观理论，有机会也是看了不少的，比如12种正负夸克的名字我还是能轻松说出来的。看过《果壳里的宇宙》《时间简史》等。

 

说一下最近对量子理论的理解吧。

量子计算利用的是量子纠缠的能力。（我曾经开发过一个安卓app就叫“量子纠缠”）

微观粒子有自己的状态，并且已经可以人为构造粒子的状态。

我还不清楚通过什么手段，会让两个粒子的状态相关，然后他们就叫“纠缠”了。

这时候不管他们相距多远，一个粒子状态的改变也会在同时另一个也改变。

这种鬼魅般的“超距”作用连爱因斯坦也不接受。

就像当初薛定谔提出了“半死不活的猫”，好多科学家也提出各种思想实验来反对量子纠缠。

但是最终，实验物理证明了真的有量子纠缠。

（所以后来科学家们不再反对量子纠缠了吗？并不是，只是年轻科学家们从一开始接收的教育就是量子纠缠是存在的，所以他们接受了；而老的那一批科学家渐渐的都离世了，所以反对的声音越来越小了）

 

量子的度量是在希尔伯特空间里。

现在物理又和数学联系起来了。希尔伯特有多牛逼，据说以他名字命名的数学名次多到他自己都不知道。（上面提到的“希尔伯特空间”，据说有一次他就问他同事“什么是希尔伯特空间”）。

我最早了解希尔伯特是高中看到的“连续统假设”，1900年他提出了23个数学问题，说需要20世纪解决，连续统假设是其中一个。

 

近代的数学研究都是在集合里面，希尔伯特空间就是一套向量空间，里面都是各种向量。

量子的描述就用的希尔伯特空间里的向量，每一种状态都用向量表达。

比如前面我们写的那个Q#程序，命名叫Bell。因为量子最简单的一个状态就是Bell态。但Bell态是啥样我也不清楚。

量子确定的状态叫本征态，就如同二维坐标平面的两个轴四个方向；平面除了轴还有其他用横坐标、纵坐标组成的点不在轴上，对应量子的态就叫非本征态。但是我们无法观测非本征态。就好像大刘《球状闪电》里写的那些闪电。

量子的向量使用的写法是狄拉克记号，向右的|>叫右矢，向量也叫矢量嘛。向左的<|叫左矢。我最早听到狄拉克的名字是完全的真空不存在实验，也是上面那本介绍连续统假设的书里（可惜不记得那本书叫啥名了）

 

量子纠缠是我们构造两个纠缠的量子，他们离得很远。当我们影响其中一个粒子的状态时，另一个粒子那边的人通过观察那个粒子就知道 我们表达的意思了。

而然为了解码，我们需要把观察的方式告诉他，而这是必要的。告诉的方式是通过传统方式，所以量子纠缠也不能超光速。

虽然量子状态的变化是超距的，但是并不能传播有效信息，只有借助了传统信道接收的信息后才能用。

 

就说这些吧。

总之要搞量子计算，基本的数学和物理知识还是要先充充电。

可以百度一下量子力学、统计物理，搜一下量子计算、量子纠缠相关的论文看看。

 

做为参考，可以读一下这个系列 http://blog.csdn.net/libing403/article/details/73555583