# 圖解量子電腦入門
## 【第一章】量子電腦
### 1.1 量子電腦是什麼?
在開始正式的討論量子電腦是什麼以及如何運作之前，這本書先介紹了什麼是「計算」。人類文明中的計算方式從手算到電腦運算，運算力是一直在提升的。這中間有一個對電腦運算很重要的概念使用function來進行更複雜的數學運算。不過我們目前所使用的電腦，稱為「古典電腦」的能力是有限的。我們人類目前有一些想解決的問題無法靠古典電腦幫我們運算出結果，如:複雜三維物體之模擬、量子力學行為的物質模擬...等。

上述的這些古典電腦解不開的問題，更加嚴謹一點的說就是「**尚未找到在多項式時間內可解開的問題**」。為了突破這個電腦運算的局限，**量子電腦**出現了。

>[color=#7b07]所謂量子電腦，在本書中定義為「**積極使用量子力學特有物理狀態來實現高速計算的電腦**」

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#### 量子電腦的種類
本書先介紹了三種量子電腦的硬體分類。其中，通用量子電腦是我們的最終目標。
1. **通用量子電腦** : 能以足夠的精度從任意的量子態變換至任意的量子態之電腦
2. **非通用量子電腦** : 能做到部分的量子運算(離實踐通用量子運算還有點距離)，不過我們已經能看見相較於古典電腦的優勢了。 Noisy Intermediate-Scale Quantum(NISQ,雜訊中等規模量子)的量子電腦屬於此類。
3. **非古典電腦** : 這類電腦的運算使用到量子的物理特性去實踐，

量子電腦的種類與特徵:

| 種類 | 通用性(容錯) | 量子的優勢 | 量子持有的物理狀態 | |
| -------------- | ------------ | ---------- | ------------------ | --- |
| 通用量子電腦 | O | O | O | |
| 非通用量子電腦 | X | O | O | NISQ |
| 非古典電腦 | X | O | O | 量子退火機 |

> [name=煒甯][time=Mon, Dec 10, 2023]我對於這邊描述「通用性」一詞的定義不太理解，他是想表達跟計算機在計算時的精度有關係嗎?為什麼書中所附上的表格中會說古典電腦沒有通用性呢?

#### 量子計算模型的分類
計算，這是一個跟數學領域息息相關的動作。回顧過去在計算理論所學，底下又可分為三個子分支
* Complexity theory
* Computability theory
* Automata theory

我們不妨這樣理解，計算可以被我們拆成三個面向來完整它。第一個是處理我們面對的問題，我們必須先給每一個我們想計算的問題一個難易度的分類。於是我們有了Complexity theory這個理論分支來討論每種問題到底有多難?

>[name=煒甯][time=Mon, Dec 11, 2023]好奇在這裡提到的模型跟我們在計算理論中所學的相關性在哪裡?
>:brain: 這裡提到的三種模型，應該是跟計算機組織比較有關係。計算理論所描述的模型是針對==計算問題的數學模型==，這是一種將應用機器去解決問題的解法抽象化的描述。通用量子電腦、非通用量子電腦、非古典電腦都他們的定義都跟硬體在執行運算的實際設計，是將解法具象化的定義。

## 【第二章】
在這一章節裡，有介紹為什麼我們需要量子電腦? 量子電腦是一種非馮紐曼架構的計算機。這樣的電腦其實不是日常用途的電腦，它是一種專門處理特定問題的機器。在計算技術日益發達的現在，我們發現有一些問題，即便使用了現在最好的硬體設備也很難開發出有效率能解開它的演算法。量子電腦就是因應這樣的需求而誕生的。

量子電腦的計算方式與我們以往習慣的古典電腦不同。古典電腦的運算是由一個個的binary bit所完成的，而量子電腦是由qubit來做運算。這邊，我們需要介紹一下什麼是qubit。與 binary bit不同的是，qubit在被觀察前的狀態不只有0/1兩種。我們會以機率來描述它現在有多少的機率是1，多少的機率是0。一個qubit所含的資訊量應該是比binary bit還來的多的。