🏛️ 人文历史 · Quantum Computing · 更新于 2025-08-18
量子计算 — CometPedia 彗星百科
量子计算利用量子叠加与纠缠等原理进行信息处理，在特定问题上有望实现超越经典计算机的指数级加速。
基本信息
| 核心单元 | 量子比特（Qubit） |
| 理论基础 | 量子力学 / 丘奇-图灵论题扩展 |
| 关键算法 | Shor算法、Grover算法、HHL |
| 硬件路线 | 超导、离子阱、光量子、中性原子 |
| 代表机构 | IBM、Google、中科大、QuEra |
量子比特与叠加态
经典比特只能处于0或1两种状态之一，而量子比特可以处于二者的叠加态。借助量子纠缠，n个量子比特可以同时表示2^n个状态的叠加，这构成了量子并行性的基础。
然而，测量会导致叠加态坍缩，因此量子算法必须巧妙设计，通过量子干涉放大正确答案的概率振幅。
里程碑进展
2019年，Google宣称其53量子比特的Sycamore处理器在特定采样任务上实现了"量子优越性"。2023年，IBM发布1121量子比特的Condor芯片，2024年又推出基于纠错逻辑量子比特的Heron架构。
2024年，Google在《Nature》发表研究，展示了码距为7的表面码逻辑量子比特，其错误率随码距增加而降低——这是容错量子计算的标志性突破。
应用前景与挑战
量子计算在大数分解（威胁RSA加密）、量子化学模拟、组合优化等领域潜力巨大。但退相干、噪声与规模化布线仍是工程上的巨大挑战。
后量子密码学（PQC）已因此被提上日程：NIST于2024年正式发布ML-KEM等抗量子加密标准。
参考文献
- IBM Quantum：《What is Quantum Computing?》，IBM，2025。原文链接
- Nielsen & Chuang：《Quantum Computation and Quantum Information》，Cambridge University Press，2010。原文链接
- Arute et al.：《Quantum supremacy using a programmable superconducting processor》，Nature，2019-10。原文链接
- Google Quantum AI：《Quantum error correction below the surface code threshold》，Nature，2024-08。原文链接
- NIST：《Post-Quantum Cryptography Standards》，NIST，2024-08。原文链接
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