量子计算

在过去几年中，将量子系统作为计算装置的理论研究取得了巨大进展。我们现在有强有力的理论证据表明，量子计算机若被建造出来，可能作为一种极其强大的计算工具。本综述旨在讲述理论量子计算的故事。我略去了该模型实验实现的正在发展的主题，并忽视了量子信息与量子通信等其他密切相关的话题。由于缩小了本文范围，我希望它获得了近乎自包含的量子计算这一令人兴奋领域的导论的好处。综述从理论计算机科学、图灵机和布尔电路的背景开始。鉴于这些模型，我定义了量子计算机，并讨论了通用量子门的问题。解释了量子算法，包括 Shor 的因子分解算法和 Grover 的数据库搜索算法。我将大量关注理解量子计算能力的起源是什么，以及这种能力的极限是什么。最后，我描述了近期理论结果，表明量子计算机即使在存在噪声、不精确性和有限精度时仍保持其复杂性能力。我试图将所有结果置于其背景中，探问其对计算机科学和其他物理学问题的影响。在本综述末尾我明确了这些联系，讨论了量子计算对基本物理问题（如从量子到经典物理的过渡）的可能影响。