传统计算机与量子计算机的区别

传统计算机

对于传统的计算机来说，1 个 bit 是信息的最小单位。它要么是 0，要么是 1，对应于电路的开或关。假如一台计算机读入了 10 个 bits 的信息，那相当于说它读入了一个 10 位的2进制数（比方1010101010），这个数的每一位都是一个确定的 0 或者 1。

量子计算机

假如我们的信息由一个个电子来传输，我们规定，当一个电子是“左旋”的时候，它代表了 0，当它是“右旋”的时候，则代表 1（通常我们会以“上”和“下”来表示自旋方向）当我们的电子到达时，它是处于量子叠加态的。也就是说，它同时代表了 0 和 1。
在我们的量子计算机里，一个 bit 不仅只有 0 或者 1 的可能性，它更可以表示一个0和1的叠加！一个“比特”可以同时记录0和1，我们把它称作一个“量子比特” （qubit）。
假如我们的量子计算机读入了一个 10bits 的信息，所得到的就不仅仅是一个 10 位的二进制数了，事实上，因为每个 bit 都处在 0 和 1 的叠加态，我们的计算机所处理的是$2^{10}$ 个10位数的叠加！
换句话说——同样是读入10bits 的信息，传统的计算机只能处理1个10位的二进制数，而如果是量子计算机，则可以同时处理 $2^{10}$个这样的数！

传统计算机如何转为量子计算机？

那就是我们理论上可以建造一种机器，它可以模拟任何特殊量子计算机的过程，从而使得一切形式的量子计算成为可能。传统的电脑处理信息流的时候用到的是所谓的“布尔逻辑门”（Boolean Logic Gate），比如 AND，OR，NOT，XOR 等等。在量子计算机中只需把它们换成相应的量子逻辑门即可。

一台量子计算机有什么好处呢？

量子计算机无法实现超越算法的任务，也就是说，它无法比普通的图灵机做得更多。
从某种确定的意义上来说，量子计算机也是一种图灵机。但和传统的机器不同，它的内态是不确定的，它同时可以执行多个指向下一阶段的操作。
如果把传统的计算机称为决定性的图灵机（Deterministic Turing Machine, DTM），量子计算机则是非决定性的图灵机（NDTM）。
它将具有比传统的计算机大得多的效率。
用术语来讲，执行同一任务时它所要求的复杂性（complexity）要低得多。理由是显而易见的，量子计算机执行的是一种并行计算，正如我们前面举的例子，当一个 10bits 的信息被处理时，量子计算机实际上操作了$2^{10}$个态！