量子计算将如何改变编程？[关闭]

编程量子算法有何不同？如果是为qubit设计的，类似C的语言会是什么样？类型会改变吗？

当我前一段时间对此进行研究时，很明显，量子算法虽然不是特别快，但是却允许指数级的大规模并行性。因此，在涉及在顺序硬件，甚至大规模并行顺序硬件不实用的空间中进行搜索的情况下，它们会大放异彩。

量子算法的一个特性是它们必须是可逆的。通过将足够多的记录保持到允许向后运行的方式，可以将任何给定的算法转换为可逆的算法。

另一个特性是，从量子算法中得到答案是一桩偶然的事情，因为在计算结束时得到的是多个答案，每个答案都有自己的概率。它的运行方式必须使您所需的答案具有很高的概率。这可能涉及多次向前和向后运行算法。

查看Grover的搜索算法。

插入以显示Grover算法的基本操作。假设存在搜索问题。可能的答案是0、1、2和3，但正确的答案是2。因此，将量子计算机置于所有四个状态的叠加上，并通过一系列步骤来确定哪个是正确的，以及反转其幅度，如下面的黑点和箭头所示：

您可以看到箭头2在机器内部已被反转，但是无法在外部分辨出来，因为在外部仅可见概率，它们是振幅平方，当平方时都相等。

但是，振幅具有平均值，用红线表示，可以使计算机执行一系列步骤，以使各个振幅围绕平均值反转。完成后，振幅和几率转移到状态2，正确答案！因此，如果观察到机器，则状态2发光。

这不是那么简单。通常，需要花费机器的多个周期（正向和反向），然后在每个周期的末尾反转，才能最大程度地获得正确答案的可能性。另外，必须注意不要重复次数超过此次数，因为它很容易反转。

那么为什么他们说量子计算机如此之快呢？因为每次将位数增加一倍，就对并行度求平方，但对时间长度不求平方，因此最终取胜。

那不是很有趣吗？

我个人对如何将其应用于软件正确性验证感兴趣。现在，我们通过向软件抛出大量测试输入并（如果过于简单）来查看软件是否达到了断言，从而对软件进行测试。在量子计算机中，可能有可能对一组更为密集的输入并行运行它，并查看是否有任何情况触及了Assert。

就像算法的输入是128字节或1024位一样，也有2 ^ 1024或10 ^ 308个可能的不同输入。无法在传统计算机上测试这么多输入，但是量子计算机可以并行尝试所有输入。

如果是为qubit设计的，类似C的语言会是什么样？类型会改变吗？

这将是如此巨大，以至于无法像C一样理解。

主要问题（据我了解）是，量子计算不能以一种很好的命令性方式工作：“先做到这一点，再做到那件事，然后再做这件事”。试图将C的能力强加到量子计算机的“处理器”中，即使不是不可能的，也将导致效率低下。

量子计算机的编程算法（再次，据我所知）往往更接近于函数式编程样式映射/归约，因为量子计算允许“归约”部分中的所有候选者同时存在并“退出”计算机当观察时。

请注意，即使不存在运行量子计算机的设备，也存在一些用于量子计算机的现有算法。例如西蒙的算法。

为了最有效地利用量子计算机，人们需要能够处理作为量子寄存器状态的输入和输出，对于这种输入和输出，实际上并没有经典的类似物。从量子信息领域的多年经验谈起，我必须警告您，除了C *代数的抽象数学之外，没有人真的对此有一个很好的直觉，而且我被告知，即使这种直觉也证明是不够的如果您开始怀疑相对论。

对于有界量子多项式，在量子计算机上可以有效解决的一类问题称为BQP。这是BPP的量子版本，您可以在本文中找到更多信息：http : //www.scottaaronson.com/papers/bqpph.pdf

量子算法研究人员昨晚才告诉我，有一个非常重要的问题是BQP完全的：求解一个由N个方程组成的线性系统。传统上，这可以通过高斯消除在O（N）步骤中解决。Harrow-Hassidim-Lloyd算法（http://arxiv.org/abs/0811.3171）使用polylog （N）解决了该问题，只要您愿意接受一个答案，且该答案的解编码为量子态即可。如果要充分利用量子计算机，那么似乎有必要具有与量子寄存器的状态相对应的类型。

尽管我现在还不擅长于我的专业知识，但我会猜测，只要您能够访问与魔术状态相对应的类型，就可以对量子计算机进行编程。但是，这是一个困难的概念，需要对此主题进行一些研究。

警告我们拥有量子编程语言已经很长时间了，因为我们处于量子计算研究的非常原始的阶段。现在问量子C就像去Alan Turing并要求他设计Python。我们甚至还没有真空管的量子版本！