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    九章“問世”了 你知道什么是量子計算機嗎?

    發布者:jxsh  人氣:

     

        124日,《科學》雜志公布,中國研究團隊構建的量子計算機“九章”,實現了對玻色采樣問題的快速求解,其計算速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍!

        量子計算機刷屏全網

     

        網友們都為之驕傲欣喜

        但一打開文章

        大部分朋友看完都只能留下一地問號:

        “每個字我都認識但……”

        “量子計算機為啥這么快?”

     

        別擔心!

        這里有一份“小白”友好解疑書

        深奧的話咱們通俗地說

       (本文不涉及任何理論公式和學術探討……

        因為小編也不是專業的!)

        01

        量子計算機是計算機嗎?

        首先,用一句話來概括什么是量子計算機:

        量子計算機是一種使用量子力學的計算機 ,它能比普通計算機更高效地執行某些特定的計算。

     

        所以說,量子計算機是一種計算機,但它不是簡單的“進階版”計算機。 和我們現在所理解的“電腦”差別很大 ——兩者的計算形式不一樣。

        舉個例子:

        如果經典計算機是蠟燭 ,量子計算機就是電燈泡 ,二者都是為了發光,但是點亮方式不同、照亮范圍也有區別。即使你不斷改良蠟燭,也做不出來電燈泡。

     

        目前的量子計算機使用的是如原子、離子、光子等物理系統,不同類型的量子計算機使用的是不同的粒子 ,這次的“九章”使用的是光子。

           200秒只是短短一瞬,6億年早已是滄海桑田。

        “九章”量子計算機是如何通過量子計算達到“超快”的計算速度的?

        02

        量子計算機如何“超快”計算?

        量子計算機 的“龐大儲存量”

        首先來看一下,經典計算機與量子計算機的儲存方式↓

        經典計算機

        用一系列的01 來存儲信息。01系列中的每個單位被稱為比特,一比特可以被設置為01

        量子計算機

        量子計算機用量子比特 來存儲信息。每個量子比特不僅能設置為10 ,還可以設置為10

        可以簡單理解為,量子計算機每個單位儲存的信息更多。

        這究竟是什么意思呢?

        舉個例子??

        請你想一個110之間的數字,然后用一只手表示出來。一只手每一次只能表達一個數字

        這就是經典計算機存儲數據的根本規律。只不過計算機比我們的手指頭更快,但它的一個比特位,仍然只能存儲一個二進制數。

        但是,如果換成量子計算機,那表達數字的方式立即就被顛覆了

        再比如,一只手能表達出10個數字。但手伸出來之前,會表示哪個數字,是不確定的。

        這正是量子計算機的存儲單元——量子比特, 的存儲方式。它儲存的不是具體的數據,而是所有可能出現的數據的出現概率。

        手在伸出之前都具有不確定性。但量子比特將所有可以用這只手表達的數字,全部都疊加 在一起了。你只用了一只手,就存儲10個不同的數字,每個數字出現的概率都是10%

     

        一只手能表達出的數字很有限,同時存儲10個數字,算不上什么神奇的事情。但不斷擴大,10只手、100只手,都能夠全部疊加儲存 到量子比特中,這就是量子比特的威力所在。

     

        量子計算機因而能夠同時承載更多內容。普通的計算機單元一次只能處理一個比特;量子計算機則可以一次處理 1 個“量子比特”,從而使處理速度大大提升。

        量子世界本質上是平行的

        量子計算機不光有強大的儲存能力,它的并行計算的能力也十分強大。就像在房間內開燈,光可以在一瞬間穿過墻壁上的所有縫隙。量子計算機能夠進行高速并行的量子計算,就是這個原理。

     

        舉個例子??

        假設有一個黑盒子,左邊伸出1000根電線頭,右邊也伸出1000根電線頭,但其實只有1根電線是連通 的,請問,你該如何找到這根連通的電線呢?

        答案需要嘗試1000×1000次,也就是要100萬次 才能找到答案。

        但如果用量子計算機解決這個問題,就簡單多了。

     

        △量子計算機的實際操作過程

        剛剛我們說過,量子比特的存儲是所有可能的數字疊加在一起存儲的。那么從11000,其實就只是一組量子比特而已。也就是說,只需要一次計算,量子計算機就同時把所有的可能都考慮進去了。它可以一次性地找到那根連通的電線。通過并行計算,實現了100萬倍的效率提升。

        這量子計算機到底怎么算,你看(mei)懂(kan)了(dong)嗎?

        03

        為何“九章”如此重要?

       “九章”的問世是我國在量子科技領域實現的又一飛躍,它的意義是多方面的。

     

        首先是在計算機、IT和數學領域, 如實現“量子計算優越性”,在某個特定問題上的計算能力遠超現有最強的傳統計算機。此外,它還可以通過量子計算機建立量子通信網絡和量子互聯網等。

     

        其次,在實用性上 ,量子計算機有廣闊的空間和范圍,如密碼破譯、大數據優化、材料設計等,都可以獲得量子計算機的支持,從而解決重大的國計民生問題,并產生巨大的經濟價值。正如有科學家預言,量子計算機會被廣泛使用,甚至每個人都可以使用。

     

        同時,量子計算機的發展,會為人工智能加持 ,從而減少AI應用方面的錯誤,并創造出允許早期診斷問題的智能系統。

     

        值得一提的是,它還與藥物研發息息相關 。如果運用量子計算機,只要其計算速度快過經典計算機100~1000倍,就有可能讓篩選藥物前期分子的效率提高到90%以上,費用也更為減少。不過,能否獲得真正有效的藥物分子,還要看后期的生物實驗。

        此外,量子計算機的快速運算還有平常卻廣泛的運用 。例如,送貨車如何選擇最有效率的路線送貨,可以借助量子計算機的幫助。這也絕非“大材小用”。

        04

       量子計算離實用還有多遠?

        對于量子計算機的研究,本領域內的國際同行公認有三個指標性的發展階段:

     

        第一階段, 對于一些超級計算機無法解決的高復雜度特定問題實現高效求解,實現計算科學中“量子計算優越性” 的里程碑。

        第二階段, 研制可相干操縱數百個量子比特的量子模擬機 ,用于解決若干超級計算機無法勝任的具有重大實用價值的問題(如量子化學、新材料設計、優化算法等)。

        第三階段, 研制可編程的通用量子計算原型機

       經典計算機從專用機發展到通用機,走過了幾十年歷程,現在的量子計算機就還處在最早期的專用機時代。就算是最快的“九章”,也只跨越了第一階段。但不可否認,“九章”的問世是一個巨大的鼓舞,未來可期。

       量子時代,你期待嗎?

     

     

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