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谷歌量子计算机颠覆现有计算模式,它到底神奇在哪里

阅读量:3711456 2019-10-23



本月月初,谷歌在 NASA 上发表了一篇论文草稿,宣称“谷歌的 AI Quantum 研究小组的 53 量子比特处理器实现了“量子霸权,目前最强超算需要花费 10000 年的计算在量子计算机上只用 200 秒就够了”。不过没多久这篇论文就被撤回了。然而互联网哪是想撤回就能撤回的?副本早就满天飞了。
那么量子计算机究竟厉害在哪里呢?
量子计算机是遵循量子力学规律进行高速运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子,它像陀螺一样旋转,于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。
常识告诉我们:原子的旋转可能向上也可能向下,但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中,原子被描述为两种状态的总和,一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中,每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。
对此,量子计算机的计算原理和薛定谔的猫是一样的,利用的都是“量子叠加态”。这意味着计算机能同时尝试所有可能的解,以远超传统计算机的速度进行复杂的计算。按照传统算法,当用户需要提取某一个词组信息或者需要解决一个问题时,计算机要先把所有可能性列举出来并验证一遍才能得到正确的信息,而量子计算机能够直接计算并提取出相应信息。这种计算称为量子并行计算,也是量子计算机最重要的优越性。对于量子比特存储器来说,在同一时刻,它可以同时存储0和1,其存储和运行能力都成指数上升,一个250量子比特的存储器可以存储的数字比我们已知宇宙所有的原子数还多。
我们设想一个量子计算机的应用场景,如果你被要求5分钟内在美国国会图书馆某一本书的某页上找到一个大写字母“X”,这几乎是不可能的,因为那里有5千万册书。
但是如果你处于5千万个平行现实中,每个现实都可以查看不同的书籍,你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。在这个假设中,普通计算机就是像疯子一样的那个你,需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个,每个只需翻找一本书即可。
这听起来好像魔法或巫术。著名物理学家理查德·费曼曾说过:“如果你自以为已经理解了量子物理学,实际上你并未真正理解它。”底线是,普通计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题,而量子计算机却可以同时解决多个问题。这种超快速度可能彻底改变所有行业。
量子计算机不仅速度超快,与普通计算机相比,它还能解决复杂得多的问题。在寻找问题解决方案的时候,它们与人类极为相似,这将令它们可以执行许多人类才能胜任的工作。在全功能的量子计算机诞生前,我们肯定还有很多技术问题有待解决。但是可以认为量子计算机有着令人激动应用前景。谷歌的研究无疑向前跨越了一大步。
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