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量子计算机 下一个科技的拐角点

2016-05-09 08:53
kumsing
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  2013年5月,谷歌、NASA和美国大学空间研究联合会联合买下了加拿大D-Wave Systems公司制造的第二代量子计算机D-Wave Two。 D-Wave Two 配备了一个512量子位的Vesuvius处理器,测试结果显示,芯片运行速度是当时Intel最快芯片的1000倍,而在某些特定随机实例方面,D-Wave Two的芯片运行速度是传统解算机组合的35500倍。

  3年后,时间推至2016年5月,IBM发布了一项免费的量子计算云服务,宣称要让所有人都可以使用其五量子位的量子计算机,用户在接入互联网的前提下, 只需要利用一个简单的软件接口就可以访问该量子计算机。

  既然科技巨头们都对量子计算机亲睐有加,那我们今天就来聊聊关于它的那些事。

  量子计算机的原理

  传统计算机的输入态和输出态都是经典信号,输入信号序列按一定算法进行变换,由计算机内部逻辑电路来实现有关的信息分析。因为本征态的的两个区间限制,传统计算机只能在0和1两个比特之间进行正交变换,每一步都有既定的正交态路线,且不能出现对应的路线叠加。也就是说传统计算机的通用计算是在一个具有限制的框架中进行的,而你不能打破这个框架,不然就毁掉了整个系统机制。

  而量子计算机与传统计算机的不同就在这里,量子不像半导体只能记录0与1,它可以同时表示多种状态。因为这个自带优势,量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态,其相互之间通常不正交。

  从某种程度上来说,量子计算对传统计算方式做了一个很大的扩充,它可以在传统的算法基础上融合更多的数据信息,并不断的整合叠加,且不用按既定的路线走。而在此基础上,再借由量子之间的相干性,整体的传输、分析速率就有了一个超倍的提升。

  量子相干性的结论来自于“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”状态相关联的假想实验:高能加速器中,由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行,没有人观测时,两者都处于向右和向左自旋的叠加态,当有人以主观的视觉方式去观察两个电子时,就会出现视觉差,而当一方处于向右自旋的状态,那么在能量守恒定律的限制下,正电子就一定处于向左自旋的状态。

  实验结论表明,每一个量子单元之间都存在着并行的必然联系(每有两个量子比特串列,就会作为一个整体动作),你只需要对一个量子比特进行处理,影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。而这一特点,也正是量子计算机能够进行高速运算的关键。

  量子计算机能否在未来普及?

  先来了解一下量子计算机的概念: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。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。

  换句话来说,量子计算机可能并不需要一体化的硬件适配,只需要一个整合而来的系统机制在传统计算机的基础上做一些适当的改动就能实现量子计算机内的量子理论。因此从转换的角度来看,并不需要耗费很多的资源,所以量子计算机应该是厂商们未来都想深入的蓝海。

  量子计算机内的量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打了个七零八落。但实际应用过程中,你能感受到的除了运算速度上的高效,几乎没有什么其它的变化,因为那些都是科研公司要去整合规划的事。所以从用户的市场接受度来讲,量子计算机也并未改善用户们的日常使用习惯。

  再来看一组数据:欧盟已经计划于2018年启动总额10亿欧元的量子技术项目;中国于2013年6月8日也成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验; 2011年4月,一个成员来自澳大利亚和日本的科研团队在量子通信方面取得突破,实现了量子信息的完整传输……可见,很多国家早几年都已经量子计算机技术方面有浅层的科研效果,可见其所具备的潜力之大。所以站在既定的市场发展角度来看,它的普及也是必然的。

  当然,这跟它高效的工作效率息息相关,也跟它所能广阔涉猎的领域有着密不可分的关系。

  量子计算机能为我们带来什么?  

  安全高效的隐私保护

  因为量子不可克隆的原理,用户所在网络上关于搜索、支付等的私密信息任何人都不会得到保存备份。换而言之,量子计算机如果真的在市场上普及之后,基本上就是为用户带去了一个阅后即焚、搜后即删、输后即消的完美体验。

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