入門量子計算

時間 2019-11-09

標籤入門量子計算简体版

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Quantum

本文主要包含量子應用方向、學習課程、入門資料，歡迎你們一塊兒討論和分享。更多學習資料html

1. 應用方向

更詳細的分析報告

2. 公司

ID Quantique 於2001 年成立於瑞士日內瓦，主攻基於傳統和量子技術的高性能多協議網絡加密（量子密鑰分配），以及量子隨機數生成器的技術開發，主要爲金融、國防、政府部門，以及在線遊戲、數學模擬等領域提供網絡安全服務。linux

KnuEdge

美國公司KnuEdge 成立於2005 年。該公司具備很強的傳奇色彩：其創始人是美國前宇航局（NASA）局長丹尼爾·戈爾丁(Daniel Goldin)。丹尼爾自宇航局卸任以後行蹤隱祕，甚至從媒體報道中消失，直到10 年後宣佈其創立的量子計算公司KnuEdge 推出模仿人類神經網絡、名爲KnuPath 的首款芯片。公司宣稱其開發的是革命性技術，爲新一代機器學習系統開發將來所需的工具，並改進語音識別等人機交互界面，以推進人工智能的發展。從媒體評價來看，這是一家但願超越Google、 AMD 和Intel 的量子芯片公司。公司已得到1 億美圓的鉅額天使投資，在2016 年中時已實現2000 萬美圓營收，客戶覆蓋大型計算機公司與財富500 強企業，涉及航空航天、金融、醫療、酒店、保險等行業。ios

Rigetti Computing

由前 IBM 應用物理學家 Chad Rigetti 創立於2013 年，致力於量子計算系統開發，使命是「打造世界最強大的計算機」。目前，公司正在創建一我的工智能與計算化學的雲端量子計算平臺，並開放了名爲Forest 的測試版API，經過量子-經典混合計算模型，直接集成現有的雲基礎設施，把量子計算機做爲加速器。公司曾在著名孵化器Y Combinator接受孵化，並在孵化期間獲250 萬美圓種子輪融資。2017 年3月，公司連續得到Andreessen Horowitz 領投的2400 萬美圓A 輪融資，以及Vy Capital 領投、Andreessen Horowitz 參投的4000 萬美圓B 輪融資，累計融資6920 萬美圓。該項投資將用於公司擴大團隊、拓展業務，以及用於製造和部署量子集成電路基礎設施的開發。git

Post-Quantum

英國公司Post-Quantum 成立於2009 年，公司以「保護世界的信息（Protectingthe World’s Information）」爲使命，主攻量子加密技術。公司坦承自身的技術要獲得普遍應用還爲時尚早，當前主要是把握客戶的短時間痛點，併爲他們提供一套模塊化的安全解決方案，包括安全通訊、須要共識批准的受權訪問、生物識別，以及結合區塊鏈的安全應用等。公司一直到創立七年後，也就是在2016 年纔得到來自AM Partners、VMS Investment Group 的1030 萬美圓A 輪融資。據公司創始人Andersen Cheng 回顧，由於公司的業務過於新穎和複雜，許多投資機構甚至聽不懂他們在作什麼，因此公司的融資經歷很是艱難而曲折，而新投資者在5 分鐘內就搞明白了是怎麼回事。從他們的經歷能夠看出，堅持下來，並靜待「有緣人」是多麼重要。github

3. 學習&&課程

3.1 入門書籍

更多資料學習算法

入門書籍：量子計算和量子信息Nielsen

3.2 學習建議和資料

3.3 nature

4. 有意思的方向

AI quantum Computing
盲量子計算
量子模擬器，量子語言

5. 咕嚕咕嚕

量子計算機的發展史

In the 1970’s Fredkin, Toffoli, Bennett and others began to look into the possibility of reversible computation to avoid power loss.Since quantum mechanics is reversible, a possible link between computing and quantum devices was suggestedSome early work on quantum computation occurred in the 80’s1982 Benioff: Quantum computers are universal.api
1982 Feynman: Quantum computer could simulate other quantum systems.1993 Bernstein, Vazirani and Yao: Quantum systems are more powerful than classical computers.安全

關鍵名詞解釋

量子的疊加態

量子的神祕之處首先體如今它的「狀態」。在宏觀世界裏，任何一個物體在某一時刻有着肯定的狀態和肯定的位置。但在微觀世界裏，量子卻能夠同時處於多種狀態。疊加態是「0」態和「1」態的任意線性疊加，它以必定的機率同時存在於「0」態和「1」態之間。量子不像半導體只能記錄0與1，能夠同時表示多種狀態，若是把半導體比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算能夠處理多種不一樣情況。bash

2.量子糾纏網絡

根據量子力學理論，若是兩個量子之間造成了「糾纏態」，那麼不管相隔多遠，當一個量子的狀態發生變化，另外一個量子也會超光速「瞬間」發生如同心靈感應的變化。也就是說，當其中一顆被操做（例如量子測量）而狀態發生變化，另外一顆也會即刻發生相應的狀態變化。

量子比特就是利用了這些性質，實現了自然的並行計算。咱們能夠經過特定技術對量子態進行一次變換，便可對全部狀態同時操做，且只消耗 1 單位時間。試想一下，一個64位的量子比特能夠同時表示0～264-1的全部整數，那咱們作一次kx的乘法操做，就至關於同時計算了k0、k一、…、k(264-1)！

也就是說，當對海量數據進行處理時，傳統計算機輸入一次運算一次，而量子計算這種並行處理方式的速率足以讓傳統計算機可望不可即。尤爲是在多種並行運算或者多種操做的狀況下，隨着處理數據量的增長，量子計算機比傳統計算機的優點會實現指數級的增加。

量子門

目前的電子計算機還有個熱耗散的問題，根據蘭道爾原理，信息的損失將致使發熱，而經典邏輯門運算都是不可逆計算，會帶來信息損失進而發熱（雖然不多）。量子門是操做量子比特的基本單元，量子門是可逆的，信息沒有損失，於是量子計算機能夠自循環而沒有熱耗散。

量子測量

跟經典計算機的另外一個區別，就是量子比特始終處在疊加態之上，只有通過測量，你纔可能得到本身想要的結果。可是，量子力學裏面有個基本的定理叫作量子不可克隆定理，沒法對一個未知量子態精確複製，使得每一個複製態與初始量子態徹底相同。因此只能屢次執行，屢次測量。仍是用前面的例子來講明，在執行完kx的操做後，咱們同時計算出了k0、k一、…、k(2^64-1)全部這些結果，但我可能只關心其中某一個特定的結果，譬如k100的結果。那咱們就須要對量子比特進行若干次測量，每次測量都會獲得一個具體的kx的結果，直到咱們遇到了x=100的狀況，才能夠獲得k*100的結果。這種反覆的計算和測量，看似比經典計算低效。可是考慮到狀態空間是很是巨大的，合理的疊加態設計會使得屢次計算和測量要遠比經典計算更加高效。量子計算機是在1980年代由費米首次提出的，很快就獲得了物理學家和計算機學家的關注。目前，雖然具體的實體設備還處在探索階段，但基於量子計算原理，人們已經構造了不少的量子算法。這裏列舉其中最著名的幾個：

Grover算法：

計算機科學家Grover提出一種複雜度爲0√N的搜索算法，它是量子計算中很是重要的算法，基於量子門和量子測量原理，與經典的計算比較大的差異表如今量子計算是把全部的數據看做一個總體去作運算，在數據量比較大的狀況下這個算法在搜索運算中相較傳統算法獲得極大提高。而且，不管是在機器學習中仍是平常的實際業務領域，搜索都是經常使用的場景，若是咱們可以在相關的硬件上實現Grover算法，不少集成系統都會極大的提高性能。

Shor算法：

第二個很是重要的算法是在安全領域很是重要的算法。它提出了一種複雜度爲0（logN）的質因數分解演算法，能夠迅速破解如今的安全體系基礎——RSA加密，這原本是須要天文數字的算力，在應用Shor算法後變得異常簡單。能夠說，Shor算法足以顛覆目前的信息安全體系。

HHL算法：

該領域在2008年HHL量子算法（以三位創始人Aram Harrow，Avinathan Hassidim和Seth Lloyd命名）出現以後就開始了快速發展。HHL算法解決了涉及多自由度的普遍線性代數問題，解決問題的速度比任何傳統超級計算機都要快。而且，因爲大部分機器學習都涉及到這些高自由度的（高維）代數問題，一些機器學習研究人員已經轉向了HHL的研究潮流。過去幾年中，基於HHL的量子機器學習算法在技術文獻中不斷增多。這個算法開創了整個量子機器學習時代。

- Hamiltonians
- interdisciplinary
- Toffoli
- Shor’s algorithm
- Hilbert space：量子力學中，一個物理系統能夠表示爲一個復希爾伯特空間，其中的向量是描述系統可能狀態的波函數。
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