量子计算机前景论文3000字_量子计算机前景毕业论文范文模板
导读：在量子计算机前景论文3000字撰写的过程当中，想必大家应该都知道不是那么容易的吧，而学习写好一篇优秀的论文也是大家将在生活当中使用的一项必备技能之一。本论文分类为量子计算机论文，下面是小编为大家整理的几篇量子计算机前景论文3000字范文供大家参考。
量子计算机前景论文3000字(一)：量子计算机的发展及应用前景
山西省大同市第一中学校：任纪荣
【摘要】作为量子科学的重要应用之一，量子计算近年受到越来越多的关注。在量子计算机的实用化方面，研究人员取得一系列重要进展。首先阐释了量子计算机的基本原理，相对于传统计算机的优势；然后综述了量子计算在国内外的发展现状，众多研究机构和企业聚焦于量子计算领域的热点；继而介绍了量子计算机的应用领域和应用前景，如云计算和生物医学领域等；最后对量子计算和量子计算机的发展进行了展望。
【关键词】量子计算机；量子计算；量子纠缠；叠加态
1.引言
毋庸置疑，计算机已凭先进的计算能力占领了21世纪科技的制高点，通讯手段与信息传递媒介也都有着日新月异的变化。而这便依赖于高度发达的数学与逻辑运算，集中体现在计算机的运算能力上。对高效的追求，使人们在提升计算机水平上投入大量精力，这也使量子计算机脱离设计图纸逐步走向现实。量子计算机所体现出的优势吸引了诸多科研学者与电子工程技术人员，也为物理学，生物科学，材料科学等大量学科注入新鲜血液[1]。
量子计算结合了量子力学与信息科学的先进技术，在不远的未来，量子计算将利用量子力学为电脑运算注入新的活力，大幅提速，现存问题将迎刃而解。随着量子理论与实践的不断发展，在大数据交叉分析，实验的模拟，复杂数字因数分解，密码破译等方面，量子计算机已用事实证明其作用无可替代。
2.基本原理与优势
2.1基本原理
量子计算机是一种基于量子理论而工作的计算机。追根溯源，是对可逆机的不断探索促进了量子计算机的发展。量子计算机装置遵循量子计算的基本理论，处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法。1981年，美国阿拉贡国家实验室的PaulBenioff最早提出了量子计算的基本理论[2]。
(1)量子比特
经典计算机信息的基本单元是比特，比特是一种有两个状态的物理系统，用0与1表示。在量子计算机中，基本信息单位是量子比特（qubit），用两个量子态│0>和│1>代替经典比特状态0和1。量子比特相较于比特来说，有着独一无二的存在特点，它以两个逻辑态的叠加态的形式存在，这表示的是两个状态是0和1的相应量子态叠加。
(2)态叠加原理
现代量子计算机模型的核心技术便是态叠加原理，属于量子力学的一个基本原理。一个体系中，每一种可能的运动方式就被称作态。在微观体系中，量子的运动状态无法确定，呈现统计性，与宏观体系确定的运动状态相反。量子态就是微观体系的态。
(3)量子纠缠
量子纠缠：当两个粒子互相纠缠时，一个粒子的行为会影响另一个粒子的状态，此现象与距离无关，理论上即使相隔足够远，量子纠缠现象依旧能被检测到。因此，当两粒子中的一个粒子状态发生变化，即此粒子被操作时，另一个粒子的状态也会相应的随之改变。
(4)量子并行原理
量子并行计算是量子计算机能够超越经典计算机的最引人注目的先进技术。量子计算机以指数形式储存数字，通过将量子位增至300个量子位就能储存比宇宙中所有原子还多的数字，并能同时进行运算。函数计算不通过经典循环方法，可直接通过幺正变换得到，大大缩短工作损耗能量，真正实现可逆计算[3]。
2.2相比传统计算机的优势
传统计算机的运行速度只有在一定温度下才能够保证，计算机芯片散热将降低运算速度。研究发现，计算过程中的不可逆操作是高能耗的主因，而量子计算机最突出的优势就是能够进行可逆操作，解决了传统计算进难以避免的能耗问题。
根据摩尔定律，集成电路的性能能够于每18-24个月的时间内翻一倍，与之相对，当材料与技术成本不变时，价格也会降为原价的0.5倍。由这一定律我们能够感受到信息技术的飞速进步，但终有一天会达到此定律的极限。计算机芯片的布线密度是很大的限制原因，一旦达到某极限密度，就不会再遵循摩尔定律，此时波粒二象性不容忽视，根据海森堡不确定性关系，电子位置的不确定量很小时，动量的不确定量会很大，量子效应显著，精准操作电子难度极大，易造成元件故障。因此元件的集成度有限，单位体积运算速度有受到很大影响，但量子计算机能很好的克服这一点。
3.发展现状
近年来，随着量子计算机优势逐渐体现，世界上各大量子物理试验室频频有实验成果被宣布，攻克量子计算机研发难题，各国政府也开始将尽快掌握量子计算机提上了议程[4]。美国集中了Intel、IBM公司等多家企业以及哈佛大学、普林斯顿大学等科研机构，旨在加速美国量子计算机研发过程，保证美国率先掌握并拥有量子计算技术。日本和欧共体也有着发展量子计算机意识，紧随美国启动了类似计划。
各大计算机巨头也在计划将量子计算机商业化。2007年2月，加拿大D-Wave公司宣布研制出世界上首台拥有16量子位的量子计算机。但接下来几年，D-Wave以惊人速度迅速将量子位提升至五百以上，引起科学界普遍怀疑。最终证实其研制的量子计算机实质上比经典计算机的运算速度没有任何加速优势。虽然D-Wave的加速传奇破灭了，但也从侧面彰显了量子计算机的重要战略价值。
2017年3月6日，IBM宣布将于年内推出全球首个商业“通用”量子计算服务-IBMQ。IBM表示，此服务配备有直接通过互联网访问的能力，在药品开发以及各项科学研究上有着变革性的推动作用，已开始征集消费用户。除了IBM，其他公司还有英特尔、谷歌以及微软等，也在实用量子计算机领域进行探索。
2017年5月3日，中国科学院潘建伟团队构建的光量子计算机实验样机计算能力已超越早期计算机。此外，中国科研团队完成了10
个超导量子比特的操纵，成功打破了目前世界上最大位数的超导量子比特的纠缠和完整的测量的记录。
4.应用前景
随着对量子理论和量子计算机科学研究的不断深入，量子计算和量子信息等已越来越频繁地应用于军事、经济、情报、通信等领域，已经体现出非常广阔的科技研发和应用前景，经济效益不可估量。量子计算机计算能力与其可操纵的量子数密切相关。理论上，达到50量子位时，其对特定问题或特定实验环境的模拟与计算能力就已远超现代的超级计算机，实现信息及通讯意义上的“量子称霸”。对许多大规模的计算难题，有了量子计算机就可以迎刃而解。
量子计算机的特殊运算方式，将带给人们真正精确的天气预报，高效模拟各类实验，加快有效药物的发现，使人们真正意义上攻克交通拥堵。而量子计算机先进的计算能力水平正是制造人工智能的关键[5]。
“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”正式于2015年7月30日在上海成立，将结合阿里云在经典计算算法和云计算方面的技术优势，以及中科院在量子计算和量子人工智能等方面的优势，共同进行量子计算机的研发[6]。
5.总结展望
量子计算，将彻底解决当前计算机所面临的能耗和计算速度瓶颈，其强大的运算能力受到各大网络巨头乃至各国政府的高度关注。量子计算机的发展使得商业大规模计算有了强大的保证，使量子信息时代的来临成为可能。量子计算机将在气象预测、密码破译、生物医学和人工智能方面带来深刻的变革。相信在科研人员的努力下，量子计算机的真正实用化指日可待。届时，量子计算和量子计算机将对科学研究、经济发展等产生深远影响。
量子计算机前景毕业论文范文模板(二)：展望量子计算机在未来科学中的应用
摘要近些年来，科学家们在量子技术方面先后取得了卓越的研究成果，而量子計算机作为量子力学和计算机的结合，被视为从根本上改变人类未来发展的新兴技术，被科研人员称作替代硅芯片计算机的“未来之星”，是目前信息科技领域研究的热点。本文将会对量子计算机的现状进行简单介绍，并对量子计算机在未来科学中的应用进行展望。
关键词量子计算机；现状；未来应用
量子计算机相较于现有的计算机来说，其信息存储和处理能力都有着质的飞跃。Steve_Jurveston是DraperFisher-Jurveston投资公司的常务董事，也是领先量子计算机公司DWaveSystems的早期投资者，他把量子计算机计算速度迅速提升的定律称为罗斯定律。和摩尔定律预言半导体处理器的发展速度一样，罗斯定律也预言了量子计算机的发展速度，只不过后者的速度要比前者快得多。相较于量子计算机的理论研究来说，在实际应用虽然存在一些问题，但是其在未来科学中有着巨大的发展前景。本文就此对量子计算机进行分析。
1量子计算机的基本概念及发展历程
基本概念：量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算机的一种计算机器。其主要有以下2个特点，其一是将输入态和输出态进行一般的叠加态，并且这两者之间通常不相交；其二是在量子计算机中的交换为所有可能的正交换，在得出结果后，对输出态进行一定的测量。
发展历程：量子计算机最早由理乍得·费曼提出，早先量子计算是从一种物理现象中模拟而来的，在模拟过程中经过一系列的验证、研发而得出了量子计算机概念；在1980年，量子计算机仍处于纸上谈兵的理论阶段，直到1994年量子质因子分解算法被提出，加快了量子计算机研发的进程；现如今，量子计算机已经基本研发成型，并逐渐被应用在各行各业，为人们的生产生活带来了便捷。
2量子计算机目前的发展状况
量子计算机作为一种新型的运算工具，它有着强大的并行处理数据的能力。可以解决现有计算机很多难以解决的问题。现如今的量子计算机打破了传统计算机以运算器为中心，运行输入与输出的模式，创新性地将输入与输出相互叠加，在所有运算完成正变换之后再对输出态进行一定的测量，这大大加快了机器的运行速度。量子计算机与传统计算机相比具有明显的进步和优势，其研究领域如图1所示，但是在实际应用中仍然存在一些问题，现从这两个方面对量子计算机的现状进行分析。
2.1量子计算机的优势
量子计算机的优势首先体现在运算速度上，传统计算机对数据的处理是串行处理，只能处于0或1的二进制状态。而量子计算机是并行处理，它采用的是量子比特，可以同时处于多个状态，这就使得它能够同时执行多重运算。可以说量子计算机相较于传统计算机的运行速度就好比传统计算机相较于算盘。
此外，量子计算机的并行处理大大地提高了计算机的工作效率，使其在一定情况下可以完成传统计算机所无法完成的运算。例如，对一个很大的自然数进行因子分解，量子计算机利用相干性原理可以对自然数进行超快计算，其运算速度是传统计算机所无法比拟的。当然，量子计算机所具有的存储大、能耗低、精确度高、寿命长等优势也不容小觑，这说明在运算过程中，量子计算机存在着巨大的发展空间。
2.2量子计算机存在的问题
1）量子相干性很难保持。量子计算机的优势体现在并行处理上，而其本质上利用了量子相干性。但是在实际应用中，由于量子计算机执行运行的量子比特不是一个孤立的系统，会与外界相互作用，作用结果就很容易消相干，因此量子相干性难以长时间保持，这影响了量子计算机在快速运算的良好效果，常会出现运算中断等运算故障。
2）量子纠错。量子现象非常脆弱，因此，在运算过程中依靠量子特性计算的运算过程容易出错，再加上其传播速度快，很容易对计算机的运行造成干。并且量子比特极其复杂，是多方面运算而不是对其简单的复制，所以在进行纠错时会更加困难。
3）量子芯片有待突破。量子芯片是实现量子计算的硬件，对量子计算机来说是非常重要的。就目前来看，选择什么材料来做量子芯片、做到什么程度仍然是科研人员需要深入研究的内容。
3量子计算机在未来科学发展中的应用
与量子计算机的研究理论相比，其实际应用开展则较为缓慢，但是就目前来看，量子计算机不管是在功能，还是在其模拟运算上都将会远远超过传统计算机，可以说量子计算机迎来了发展的大好时代，其在未来科学发展中的潜力是不可估量的。以下几个方面是其主要发展方向。
3.1量子计算
量子快速计算，是量子计算机的主要优势点，也是重要的潜力点。量子计算是一种潜在的变革，它会在未来科学中帮助我们解决现在看来不可能或者不切实际的难题。科研人员在对量子计算机的加密系统的研究中也发现了量子系统具备良好的潜在实用价值，它可以解决目前无法解决的物理和量子化学难题。例如科学家在进行物理和化学的研究时，量子计算可以帮助科学家在实验室设计出新材料和新药物，提高了研发效率。此外，量子计算机还能够快速处理大规模的数据库和大规模存储多样化、非结构化的数。这将会改变人们的决策方式并帮助科研人员取得重大科研发现。
3.2量子密码
在量子领域，量子密码可能是第一个走向实际应用的方向，而对人类影响最大的当属量子计算机。量子计算机能够和GFoveF搜索破译密码，同时也提供了一种保密通讯的方式。在利用EPR对量子通讯进行实验时发现，只有拥有对的EPR的一方才能够完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息做到真正的保密通讯。
3.3量子信息处理
量子计算机相较于传统计算机，其信息处理能力更强，能够做到很多传统计算机做不到的事。比如利用量子计算机能够将某种病毒体内的各种成分分析的清清楚楚，帮助科研人员制造出有针对性的强力药物，除此之外，量子信息处理系统还可以在很短的时间内根据观测的信息计算出某地地震的概率，给决策层提供一些线索，有利于减少自然灾害所带来的人员伤亡和财产损失。在天气预报方面也同样能够提供更加精确的预测，给人们的生产生活带来便利。
4结论
相比于传统计算机，量子计算机不仅在外形和材料上有很大突破，其还具有海量的计算能力和无限的未来，量子计算机因此也成为各国战略的重中之重。而在国家的战略重视和支持下，我国在量子计算机的研究方面也取得了重大进展。在未来，量子计算机必将更加完善，会从实验室走向人们的生活，取代传统计算机并改变人类社会的面貌，帮助科学家完成更多的研究，助力人类更好地探索无限可能的未来。
