入门 | 现代量子理论与量子计算原理

一、经典计算

经典计算本质上需要二进制处理，将数据存储在比特中。一个比特总是处于两种不同的物理状态之一，由单个二进制值表示，通常表示为0或1。比特通过电路中连接的晶体管物理存储在内存中。器件的本征电容使其能够存储电荷。每个比特的电荷定义了其状态，进而决定了其值。晶体管通常由半导体材料（如硅）制成。

MOSFET，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，是一种绝缘栅场效应晶体管（IGFET），通过有意氧化半导体材料（通常是硅）制成。该器件的电导率由施加到覆盖栅极的电压决定。这种基于外加电压改变电导率的能力可用于放大或切换电子信号。

微处理器是一种执行传统计算中指令功能的集成电路。它通常由数十亿个晶体管组成，这些晶体管被分成数千个离散数字电路，每个电路执行独特的逻辑运算。正如摩尔定律所预测的那样，过去几十年来，中央处理器变得越来越便宜且性能更强。但在达到基本物理定律（尤其是在亚原子层面）所施加的限制之前，可以密集集成到数字电路中的晶体管数量存在一个有限的上限。

二、量子计算

量子计算基于量子力学原理，这一科学理论早在二十世纪初期经典计算机尚未普及时就已形成。在很长一段时间里，量子物理学与计算机科学是各自独立发展的学科领域。这两个领域的交叉融合直到二十世纪末才真正实现。1980年，保罗·贝尼奥夫提出了量子图灵机（