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| 量子计算机常见术语简介（1） |
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量子计算机常见术语简介（1）
胡经国
量子计算机所涉及的科学技术知识极其广博而深奥。而且，其中有关的科技术语众多而费解。这给业外读者学习和了解量子计算机科技知识带来了相当大的困难。本文拟根据有关资料对量子计算机常见术语进行简要介绍，供读者进一步了解和研究量子计算机参考。
1、量子计算机计算机逻辑运算存储
无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。但是，在实际系统中量子相干性很难保持。因为，在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，从而导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是要克服消相干。而量子编码则是迄今发现的克服消相干最有效的方法。几种主要的量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究最多的一类量子编码；其优点是适用范围广，缺点是效率不高。
⑸、
量子是现代物理学的一个重要概念。它是由M·普朗克在1900年提出的。他假设，在黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明，不但能量而且其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续现象——量子化现象。这种量子化现象主要表现在微观物理世界。量子力学就是研究和描写微观物理世界的物理理论。
随后，普朗克提出了能量量子化假说。根据这一假说，在光波的发射和吸收过程中，发射体和吸收体的能量变化是不连续的，能量值只能取某个最小能量单元的整数倍；也就是说，能量的传递不是连续的，而是以一个一个的能量单位传递的。这种最小能量单位被称作能量子，简称量子。换句话说，一个物理量如果存在不可连续分割的最小单元，那么这个物理量就是量子化的，并且把这个物理量的最小单位称为量子。普朗克的量子概念第一次向人们揭示了微观自然过程的非连续本性，即量子本性。
在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分离数值的特征称为量子化（Quantization）。这就是说，量子化是指物理量的数值会是一些特定的数值，而不是任意值。例如，Flash影片是由许多时间帧构成的；每隔0.0几秒就换一张图片，而不是连续不断的。其中的每张图片就是构成一段录像的“量子”，是不可分割的。这其实就是一种量子化。
通俗来说，按物理运动规律的不同，将遵从经典运动规律（牛顿力学、电磁场理论）的那些物质所构成的世界称为“经典世界”；而将遵从量子力学规律的那些物质所构成的世界则称为“量子世界”。量子就是量子世界中物质客体的总称。现代物理学将微观世界中所有的微观粒子（光子、电子、原子等）统称为量子。
量子既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子，也可以是BEC、超导体、“薛定谔的猫”等宏观尺度下的量子系统。其共同特征就是必须遵从量子力学规律。
在人们的日常经验中，宏观世界物体的物理量和状态在某个时刻总是确定的。比如，一个灯泡要么是开着的，要么是关着的，而不可能既是开着的而又是关着的。但是，在量子世界里，“既开着而又关着的灯泡”是存在的。这是因为，量子具有叠加态。量子叠加是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上；简而言之，就是两种量子态可以叠加在一起。“薛定谔的猫”就是解释量子叠加的一个理想实验。该实验主要是：把猫关在一个不透明的箱子里；箱子里有一个装置，可以释放出毒气；如果不打开箱子去观测（测量），那么猫就处于一种死/活（既死又活）的叠加状态。
3、比特、字节
4、量子比特（量子位）数就是双态量子系统的个数。如果采用光子的偏振态，那么有几个光子，就有几个。若采用电子，则同理。
叠加态是指的任意线性叠加；它既可以是又可以是，各以一定的概率同时存在。通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出。任何两态的量子系统都可以用来实现例如，氢原子中的电子的基态（GroundState）和第1激发态（FirstExcitedState）；质子自旋在任意方向的+1/2分量和-1/2分量；圆偏振光的左旋和右旋等。
5、量子理论
6、量子力学
量子力学（QuantumMechanics）是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论，是近代物理学的基础理论之一。20世纪前的经典物理学只适于描述一般宏观条件下的物质运动，而对于微观世界（原子和亚原子世界）和一定条件下的某些宏观现象则只有在量子力学的基础上才能说明。另一方面，物质属性及其微观结构只有在量子力学的基础上才能得以解释。所有涉及物质属性和微观结构的问题，无不以量子力学作为理论基础。
7、量子物理学
量子物理学（QuantumPhysics）是人们研究微观世界的理论，也有人称之为研究量子现象的物理学。由于宏观物体是由微观世界建构而成的，因而量子物理学不仅是研究微观世界结构的工具，而且在深入研究宏观物体的微结构和特殊的物理性质中也发挥着巨大的作用。我们把科学家们在研究原子、分子、原子核、基本粒子时所观察到的、关于微观世界的一系列特殊的物理现象，称为量子现象。
量子隐形传态是一种传递量子状态的重要通信方式，是可扩展量子网络和分布式量子计算的基础。在量子隐形传态中，遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子。其中一方将待传输量子态的粒子（一般来说与纠缠粒子无关联）和自己手里的纠缠粒子进行贝尔态分辨；然后将分辨的结果告知对方；对方则根据得到的信息进行相应的幺正操作。纠缠态预先分发、独立量子源干涉和前置反馈是量子隐形传态的三个要素。
通俗来讲就是：将甲地的某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制我们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来。因此，必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分；它们分别由经典通道和量子通道送到乙地。根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。
必须说明的是，量子遥传并不会传送任何物质或能量。这样的技术在量子信息与量子计算上相当有帮助。然而，该方式无法传递传统的资讯，因此无法使用在超光速的通讯上面。量子遥传与一般所说的瞬间移动没有关系。量子遥传无法传递系统本身，也无法用来安排分子以在另一端组成物体。
与传统方式不同，量子密钥分发在理论上是无条件安全的；其安全性由量子力学的基本原理保证。量子不可克隆定理说明，无法完美克隆任意量子态。因此，任何对量子密钥分发过程的窃听，都有可能改变量子态本身，造成高误码率，从而使窃听被发现。一般来说，在QKD过程中对量子态的传输是依靠对光子进行编码、传输、测量来实现的。
中国科技大学与清华大学的联合研究小组，利用与美国斯坦福大学联合开发的高效低噪声上转换单光子探测器，在国际上首次实现了与测量器件无关的量子密钥分发，成功地解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，提高了现实量子密钥分发系统的安全性。
14、密钥
密钥（SecretKey）是一种参数，是在将明文转换为密文或者将密文转换为明文的算法中输入的参数，是。密钥分为对称密钥与非对称密钥两类。
根据密码算法所使用的加密密钥和解密密钥是否相同、能否由加密过程推导出解密过程（或者能否由解密过程推导出加密过程），可将密码体制分为对称密码体制（又叫做单钥密码体制、秘密密钥密码体制、对称密钥密码体制)和非对称密码体制（又叫做双钥密码体制、公开密钥密码体制、非对称密钥密码体制）。
⑴、对称密钥加密
对称密钥加密，又叫做私钥密钥加密或会话密钥加密，是指信息的发送方和接收方使用同一个密钥去加密和解密数据。它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密；但是密钥管理困难。
⑵、非对称密钥加密
非对称密钥加密，又叫做公钥密钥加密，是指使用不同的密钥来分别完成加密和解密操作；一个密钥公开发布，即公开密钥；另一个密钥由用户自己秘密保存，即私用密钥。信息发送者用公开密钥去加密；而信息接收者则用私用密钥去解密。公钥机制灵活，但是加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。
15、经典计算机与图灵机
16、模拟计算机
模拟计算机（AnalogComputer）是用于系统仿真的模拟解算装置。它的原理是基于不同物理量变化规律在数学描述上的相似性。模拟计算机特别适合于求解常微分方程，因此又叫做模拟微分分析器。
模拟计算机组成包括：线性运算部件（比例器、加法器、积分器等），非线性运算部件（函数产生器、乘法器等），控制电路，电源，排题接线板，输出显示和记录装置。
17、幺正变换
由幺正矩阵所表示的变换称为幺正变换（UnitaryTransformation）。所以，从一个表象到另一个表象的变换为幺正变换。
2021年3月4日编写于重庆
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