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[1]具有无限多个存储单元的记录带，每个存储单元内容的变化是有限的，通常用二进制的"O”和"1”来表示；
[2]一个读写头有一个有限的内部状态，读写头在记录带中左移或右移或者不移动。图灵机操作时，根据内部状态的内容和当前存储单元里的元素，根据一定的规则，改变内部状态和存储单元。并决定下一步读写头的移动方向。上述的图灵机模型是不可逆的，例如，对如下图灵机操作"写存储单元--〉 左移一格”，其逆就变成了"左移一格--〉写存储单元”，逆向操作则不再是图灵机的有效运行。但是科学家班尼特证明：所有不可逆的通用图灵机，可以找到相应的可逆图灵机，两种图灵机的计算能力和效率也是相同的。[2]图灵机的概念就是一条被分成无数个小格的带子，每个格子可以保存一个符号（1或0）或者是空白，格子的内容被读写头识别，构成了图灵机的基本指令。如果这个带和读写头是以量子态存在的话，那就变成了量子计算机的工作原理，也就是说在量子机的格子上除了0和1外，还能是0和1的叠加，而且量子机可以同时进行多个计算。我们现在使用的电子计算机就是以0和1这两个工作态进行计算，而量子计算机不只是依靠这两种状态。因为量子计算机可以同时包含多种状态，所以计算能力可以超过目前任何的超级计算机。
叠加的量子比特使量子计算机具有内在的并行性。由于这种并行性，量子计算机可以同时进行一百万条的计算，相比之下传统计算机只能进行一条。一个30比特的量子计算机的计算能力相当于每秒十万亿次浮点计算的传统计算机的能力。典型的台式机计算能力是每秒十亿次浮点运算。量子计算机利用到了量子力学的纠缠机制。量子计算机的概念有一个问题：亚原子粒子的观察会破坏粒子态，改变它们所表示的值。在量子物理中，两个原子收到外界作用时会互相纠缠，使两个原子具有相同的性质。所以如果原子不受干扰，自旋的方向是不确定的，而受到扰动时，原子就会选择一个确定的方向或值。而第二个处于纠缠的原子会选择相反的方向或值。科学家们利用这个原理就可以不用实际的观察就能得到量子比特的值，避免使它们塌缩到1或0的状态。来.自/751论|文-网www.751com.cn/
2.2 量子比特
目前实现量子比特目前的主要途径有以下几个：电荷量子比特、磁通量子比特、相位量子比特、以及光量子计算。目前最主流的量子比特是谷歌公司和D-wave公司研究的基于超导电路实现的量子比特，但是这种量子比特这对电路的保真性有很高的要求，而且量子计算存在的时间很短很短，成本也非常高。微软公司是提出了一种新的量子比特物理模型，这种量子比特基于马扎约那费米子，2013年谷歌公司与美国太空总署合买了一台D-Wave公司研究出的量子计算机，引申到拓扑量子计算，但马扎约那费米子，它的可控性存在一个很大的疑问，但是在最新的研究中证实这种量子计算机的确遵循的是真正意义上的量子计算。