1.1 量子计算原理

量子计算机定义

量子计算机是利用量子态的独特性质——叠加、纠缠以及干涉来进行信息处理的新型计算工具，具有解决一些对于经典计算机而言过于复杂甚至无法解决的问题的潜力。

经典计算机遵循冯·诺依曼架构，数据按顺序执行指令集，具有明确的输入、处理、存储和输出过程。而量子计算机则是通过量子态的演化增加正确答案的实现概率来求解，不属于冯·诺依曼架构。经典计算机基于半导体芯片技术，其核心组件包括CPU、内存、输入输出设备等，量子计算机可以基于多种材料系统搭建，其核心组件没有明确划分CPU和内存。

量子计算机分类

量子计算机的分类方法有两种，一是以用途分类，一是以量子比特的载体分类。

以用途划分有通用量子计算机和专用量子计算机两类。通用量子计算机基于量子逻辑门，理论上可以实现任何量子算法和经典算法，解决包括但不限于逻辑计算、因子分解、和搜索问题。专用量子计算机只能解决某些特定类型的问题，比如组合优化问题。得益于其为解决该类问题而专门设计的部件，专用量子计算机能够解决的问题规模比通用量子计算机大得多，求解效果也好得多。

以量子比特载体划分有光量子计算机、超导量子计算机、离子阱量子计算机、中性原子量子计算机等等。顾名思义光量子计算机就是使用以光子为载体的量子比特，超导量子计算机就是使用超导约瑟夫结为载体的量子比特，离子阱量子计算机就是以离子为载体的量子比特，而中性原子量子计算机就是以中性原子为载体的量子比特。这里需要说明的是，决定了量子比特的载体并不代表定义了量子比特。以光子为例，量子比特的0和1的状态可以以光强（光子数）定义，也可以以光子的偏振（水平偏振 vs. 垂直偏振）定义，还可以以光子的振动相位（0 vs. π）定义。