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摩尔定理
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Getting Smaller
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Size of Atom
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当今微电子技术不久将面临物理极限！
高速发展 vs. 物理极限！热耗散 & 量子效应
How small can they be?
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微处理器
1971 Intel 4004 10um, 2300晶体管 0.74 MHz
1978 Intel 8086 3um, 29000 晶体管 4.77MHz
2008, Core i7
45nm, 5.82 billion晶体管
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2.66 - 3.2 GHz
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1982 Benioff: Quantum computers are universal. 1982 Feynman: Quantum computer could simulate other
quantum systems. 1993 Bernstein, Vazirani and Yao: Quantum systems are more
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内容提纲
量子计算发展简介
磁共振量子计算研究进展
未来研究方向
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一、量子计算发展简介
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计算机硬件历史
计算机硬件是信息处理的平台。
数值计算单元:
机械齿轮/电子机械传动装置
电子管 (1911 - 1946)
晶体管 (1947 - 1958)
1997 Grover: a unsorted quantum search algorithm
Implementations
1995 Monroe, Meekhof, King, Itano, Wineland: CNOT gate implemented in ion trap by NIST
Classical
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In Gate Out
Quantum
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Classical vs. Quantum
Classical bits
• transistors • 0 or 1
Quantum bits
• quantum systems • 0 or 1or in-between
NAND, NOT, AND …
Here Quantum mechanics comes into play
4
➢ 开辟全新的信息处理方式，发展以量子比特为 基础的量子信息处理技术。
科学技术发展趋势、国家重大战略需求
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18Байду номын сангаас
量子计算机的发展史
In the 1970’s Fredkin, Toffoli, Bennett and others began to look into the possibility of reversible computation to avoid power loss.
qubit system
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量子比特
Natural qubits:
Spin 1/2
s
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量子态叠加原理
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可逆逻辑们
可逆逻辑们 – 克服热耗散问题 封闭的量子系统按照哈密顿量做幺正演化，
本身就是可逆操作。
In Gate
Out
1997 Gershenfeld, Chuang, Cory, Fahmy, Havel: NMR quantum computing
2001 Vandersypen et al. : Experimental realization of Shor’s algorithm
2006: Negrevergne et al. Benchmarking quantum control on a 12-
量子计算研究进展
彭新华 中国科学技术大学近代物理系
2010. 3. 26
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量子信息
“Information is physical”. -- Rolf Landauer
量子物理 信息科学 计算机科学
交叉领域
量子计算
量子信息 量子通讯
量子密码学
量子计算机：基于量子力学原理，存储、 处理量子信息的计算装置。
NAND, NOT, CNOT … Sqrt(NOT) …
These quantum gates allow operations that are impossible on classical computers!
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
Mauchiy and Eckert
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ENIAC
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1952, EDVAC
Von Neumann
Electronic Discrete Variable Automatic Computer
Containing 2300 vacuum tubes, but 10 times faster than ENIAC (18000)
powerful than classical computers.
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量子计算机的发展史
Quantum algorithms
1985 Deutsh: the first quantum algorithm
1994 Coppersmith, Shor: quantum fourier transform, factorization
集成电路 (1959 - 1970)
大规模集成电路 (1971 - )
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5
计算机历史
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1642, Pascal
帕斯卡机械计算机，首次确 立了计算机器的概念。 概念
机械装置
1834, Babbage
差分机
提出了分析机的概念
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世界上第一台电子计算机--1946 ENIAC