简·创|量子计算机的发展与前景

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楼主 2019-01-09 14:21:53
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黑科技——量子计算机



1982年,美国著名物理物学家理查德·费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法


紧接其后,1985年,英国物理学家大卫·杜斯提出了量子图灵机模型 


理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少,从而量子计算机的概念诞生了



谷歌前日刚刚宣告最快在2017年底前推出50个量子比特的计算机


中国科学技术大学就说,我先给你演示下10个量子比特的计算机


中科大潘建伟的团队在上海宣布,构建了世界首台10个超导量子比特的计算机



01

深奥又神奇的量子


量子的神秘之处首先体现在它的“状态”


在宏观世界里,任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置


但在微观世界里,量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”


量子力学的开创者之一、奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加:箱子里有一只猫,在宏观世界中它要么是活的,要么是死的


但如果在量子世界中,它同时处于生和死两种状态的叠加


更为诡异的是,量子的状态还经不起“看”


也就是说,如果你去测量一个量子,那么它就会从多个状态、多个位置,变成一个确定的状态和一个确定的位置了


如果你打开“薛定谔的箱子”,猫的叠加状态就会消失,你会看到一只活猫或一只死猫


如果说一个量子已经很“奇怪”,那么当两个量子“纠缠”在了一起,那种不确定性连爱因斯坦都受不了了


根据量子力学理论,如果两个量子之间形成了“纠缠态”,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化


02

量子计算机的优点


量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置


量子计算机在可逆问题中可以大大减少能耗,而运算时间也将被大幅度缩短

任意状态的幺正变换的实现是因为在量子计算机中,并非只有经典计算机的叠加性


还有独特的相干性这个相干性可以将量子态转化为纠缠态。


在可逆计算机的处理中,量子算计机只要进行一次幺正变换,而量子计算机可以做幺正变换,这就是其在可逆计算机中的优越性。


而如此厉害的量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的,因为这好比拿激光切割机去切纸


其主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作


这些工作将为为人类的下一步发展打下坚实又必不可少的基础


在运行这一系列高难度运算的背后,是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量


(不要以为量子计算机的能耗很大,只是因为它做的事都是经典计算机做不到的事)

03

何时飞入百姓家


中国科学技术大学潘建伟院士说,10年内,超导量子操纵有可能做到100个粒子


到那时它对某些特定问题的计算能力就可以达到目前全世界所有计算能力之和的100万倍计算能力将会突飞猛进


我们就有幸摸到量子计算机



编辑:武同希

赵正铎




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