量子计算与数据经济:原理、应用与挑战
1. 量子计算基础算法与原理
量子计算领域中,Shor和Grover算法为其奠定了基础,并明确了诸多实际应用场景。以Grover算法为例,其操作的核心是通过特定算子将振幅以平均值为基准进行翻转。该操作会使目标态(S_a)的振幅大幅增加,其幅值可达到约(3/\sqrt{N})。这一过程需不断重复应用 oracle 门和 Grover 扩散门,直至振幅足够显著。不过,要特别注意(S_a)的振幅不能过大,否则平均振幅会变为负数,进而导致(S_a)的振幅开始减小。当振幅接近 1 时,对量子比特进行测量就能得到正确答案。理论和实践均表明,重复约(\sqrt{N})次该过程,可获得准确结果。
2. 量子退火技术
除了上述算法,量子退火是一种用于解决优化问题的重要技术。它借助量子涨落来寻找全局最小值,其核心依赖于量子隧穿效应,即粒子能够穿越高能系统的特性。在经典物理学中,当电子遇到比自身电场更强的电场时会被排斥;但在量子世界里,即便电子以波的形式传播并遇到排斥它的电场,仍有一定概率穿过电场到达另一侧。这种现象在放射性衰变中也有体现,亚原子粒子会从不稳定的原子核中逃逸出来。
以旅行商问题为例,假设一位推销员要在一个国家的多个城市间推销商品,其最佳路线取决于城市的数量。若该国仅有 3 个城市(A、B、C),那么可能的路线有 6 条((3! = 3×2×1 = 6));当城市数量翻倍至 6 个时,可能的路线数量会急剧增加到 720 条((6! = 720))。此外,实际情况中还可能存在交通拥堵、道路状况不佳等问题,因此最佳路线不一定是最短路线。
为解决这一问题,可将系统置于众多可能解决方案的量子叠加态中,此时系统可看作一个由山峰和