光量子计算机(光子计算机和光量子计算机的区别)

一、光计算机和量子计算机有什么差别

光计算机是由光子元件构成的,利用光信号进行运算、传输、存储和信息处理的计算机。光计算机的运算器件、记忆器件和存储设备的工作都是用光学方法来实现的,也就是利用光子代替电子传递信息的计算机。光计算机具有电子计算机的全部功能。但由于光子以每秒30万公里的速度平行传播,是电子运行速度的300倍,所以,光计算机与电子计算机相比,具有以下几个突出特点:

光计算机具有N×N的并行处理能力。光的平行传播性,可以保证成千上万条光同时穿越一块光子元件的不同通道而不会互相干扰。

光计算机计算精度高,运算速度极快。比现行电子计算机运算速度快一千倍。

光的信息携带能力强。光通道携带的信息比电通道多2×104倍,光子存储器能够快速和并行存取数据。

光计算机按工作原理可分为模拟式和数字式两种。模拟式是利用光学图像的二维性直接进行运算,而数字式完全采用电子计算机的技术结构,只是用光子逻辑元件取代电子逻辑元件。在20世纪80年代欧洲就开始研制光计算机,据悉,1984年5月欧洲八所大学联合研制成了世界上第一台光计算机。90年代初美国也研制出了光计算机的模型机。目前,单元的光学逻辑器件、光开关器件、光存储器件已经问世;作为光计算机的外部存储设备的光盘技术已相当成熟。21世纪光计算机的应用将会成为现实。

如果计算机的体积在将来要进一步变小,计算机元件的尺寸也会相应变得非常之小。不过,当计算机微型化发展到一定程度时,就必须用新技术来补充或取代现有的技术。80年代初,经过美国阿贡国家实验室的研究,证明了一台计算机原则上可以以纯粹量子力学的方式运行。由于微小的粒子(如原子)只能以分立的能态存在,当原子从一个能态变到另一个能态时,要吸收或放出光子,而量子波又具有迭加性,一位量子信息只有两种可能情况中的一种,类似于数学的二进制。研究人员利用粒子的自旋转,成功地进行了简单的两位量子的逻辑运算。实验证明可以建立通用量子逻辑门(NOT、COPY、AND),再通过光纤把这些量子逻辑门连在一起,穿过光纤或单个光子能够把信息位从一个逻辑门运送到另一个逻辑门。这样,在理论上就可以成为一台量子计算机了。

量子计算机是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点,它可以用于模拟其他的量子系统,可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。

二、什么是光计算机和量子计算机

光计算机是由光子元件构成的,利用光信号进行运算、传输、存储和信息处理的计算机。光计算机的运算器件、记忆器件和存储设备的工作都是用光学方法来实现的,也就是利用光子代替电子传递信息的计算机。光计算机具有电子计算机的全部功能。但由于光子以每秒30万公里的速度平行传播,是电子运行速度的300倍,所以,光计算机与电子计算机相比,具有以下几个突出特点:

光计算机具有NXN的并行处理能力。光的平行传播性,可以保证成千上万条光同时穿越一块光子元件的不同通道而不会互相干扰。

光计算机计算精度高,运算速度极快。比现行电子计算机运算速度快一千倍。

光的信息携带能力强。光通道携带的信息比电通道多2×104倍,光子存储器能够快速和并行存取数据。

光计算机按工作原理可分为模拟式和数字式两种。模拟式是利用光学图像的二维性直接进行运算,而数字式完全采用电子计算机的技术结构,只是用光子逻辑元件取代电子逻辑元件。在20世纪80年代欧洲就开始研制光计算机,据悉,1984年5月欧洲八所大学联合研制成了世界上第一台光计算机。90年代初美国也研制出了光计算机的模型机。目前,单元的光学逻辑器件、光开关器件、光存储器件已经问世;作为光计算机的外部存储设备的光盘技术已相当成熟。21世纪光计算机的应用将会成为现实。

如果计算机的体积在将来要进一步变小,计算机元件的尺寸也会相应变得非常之小。不过,当计算机微型化发展到一定程度时,就必须用新技术来补充或取代现有的技术。80年代初,经过美国阿贡国家实验室的研究,证明了一台计算机原则上可以以纯粹量子力学的方式运行。由于微小的粒子(如原子)只能以分立的能态存在,当原子从一个能态变到另一个能态时,要吸收或放出光子,而量子波又具有迭加性,一位量子信息只有两种可能情况中的一种,类似于数学的二进制。研究人员利用粒子的自旋转,成功地进行了简单的两位量子的逻辑运算。实验证明可以建立通用量子逻辑门(NOT、COPY、AND),再通过光纤把这些量子逻辑门连在一起,穿过光纤或单个光子能够把信息位从一个逻辑门运送到另一个逻辑门。这样,在理论上就可以成为一台量子计算机了。

量子计算机是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点,它可以用于模拟其他的量子系统,可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。

三、光量子计算机和超导量子计算机有什么区别

区别如下:

光量子计算技术

是将光子当成量子比特。光子有三个性质可以构成量子状态:自旋、偏振(polarization)和路径(path)。路径是指光子经光子分离器(photon splitter)后因为量子机率的特性可能由不同方向行进,特别是在量子通讯和量子计算中的光源都是单光子。单一光子采取路径A就不会再走路径B,反之亦然。然而在未量测之前我们无法得知光子采取哪一条路径,这就是两种状态的叠加。

光量子技术具有量子比特相干时间长、操控简单、与光纤和集成光学技术相容,拓展性好。劣势就在于很难小型化,量子比特之间逻辑操作困难,无法进行编程。从这一点上来看,光量子技术难以发展为通用量子计算机。

超导量子计算技术

可以用超导体的电荷、相位和磁通量三种方式来形成量子比特,目前普遍用电荷(叫transmon)的方式,IBM与Google的53位比特量子计算机皆采取此种技术。而国内中科院、中科大、本源量子、浙江大学等在此技术上均有布局。

超导量子技术的优势在于量子比特可控性强、拓展性良好、可依托现有成熟的集成电路工艺。但劣势也很明显,为了保障退相干时间,超导量子比特必须在接近绝对零度的真空环境下运行。这不仅要求超导体系必须要有强大的低温制冷系统,还在一定程度上限制了量比特的拓展。

四、光子计算机和光量子计算机的区别

目前没有真正意义上的量子计算机,理想的量子计算机是利用量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。光子计算机是以光子作为传递信息的载体,光互连代替导线互连,以光硬件代替电子硬件,以光运算代替电运算,利用激光来传送信号,并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路。已经存在光子计算机了。量子计算机强调的是它的数据处理方式即通过量子力学规律处理量子信息的,而光子计算机强调的是它的信息传输方式即通过光子进行传输。因为它们之间有相互包含的可能,所以无法比较两者性能,但它们都比现在的电子计算机先进很多。

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