燕北閒人
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量子物理作為現代科學中最成功的理論之一,在最基礎的層面描述了世界的運作方式。
量子計算已成為量子物理的一大前沿應用
量子計算不會取代傳統計算,但截然不同的運算方式意味著量子計算能進行許多傳統的計算。
讓我們來看看它們的區別
傳統的計算機把信息解碼成比特(bit),每個比特代表0或1, 它們就像開關一樣,最終轉化為計算功能。
進行一項簡單計算的時候,比如解迷宮,傳統計算機每次只嘗試一種路徑,直至找到正確的路徑。
正如傳統計算機有比特,量子計算機有量子比特(Qubit),量子比特用到了量子物理中的兩大基本原理:疊加和糾纏。
疊加意味著每個量子比特能代表0或1,也可以0和1同時存在,糾纏是指兩個疊加的量子比特相互作用,其中一個量子比特是0或1還是0和1同時存在取決於另外一個量子比特的狀態。
利用這兩個原理,量子比特可以成為更加複雜的開關,設計成“電路”,幫助量子計算機解決那些傳統計算機根本無法解決的計算。
讓我們通過幾組數據來理解量子計算的強大之處
假如有一臺n比特的傳統計算機,它一次只能代表和檢驗2×n個系統狀態,相比之下,n量子比特的量子計算機能代表2ˇn(2的n次方)和系統狀態,還能同時並行處理這些狀態。
這就是說,量子計算機每增加一個量子比特,它所能代表和檢驗的狀態就能翻倍,因此,有如下結果:
得益於這種指數級的增長和量子比特之間的糾纏,量子計算機能更高效的解決特定的問題
傳統計算機能從海量的數據中找出模型並且預測結果,而量子計算機可以在找不到模型的情況下提供解決方案。
找不到模型的原因一般是數據量不足,或者傳統計算機無法從數量龐雜的可能性中找出最佳路徑,量子計算機可以很好的解決這些傳統計算機中存在的問題。
量子計算機可以理清分子之間的化學反應和相互作用關係,引領我們發現新藥和新材料;可以通過新的金融數據建模方式,幫助金融服務業進行更好的投資,隔離重大的國際金融風險;甚至可以通過對全球物流體系的分析,尋找最佳路徑,優化供應鏈和物流路線。
量子計算不會取代我們日常生活中使用電腦和手機,但其解決難題的能力將為我們開啟一片全新的信息宇宙,改變我們看待和探索世界的方式。
零下二百七十三度
不過看似造福人類的新科技,卻也有潛在著危險性。高速運算優勢,卻也可能引發安全危機。
各家科技大頭早已投入資源搶先佈局。
黑科全書
量子計算讓科學家理論,得到了更多可行性,中國第一臺量子計算機,超越其他國家科技實力更多,更是打破了,美國對中國發布禁售高性能處理器,中國更是研究出這樣的出色的量子計算機,也是為中國揚眉吐氣!
如果將量子計算機比喻成一架飛機,那麼我們現在的普通計算機也就是輛自行車。這種巨大的差距,給我們帶來震撼的同時也讓我們對未來充滿了期待。量子計算機就是科學家嘗試打開未來無限可能性的一把鑰匙,但究竟開鎖之後會給我們的生活帶來哪些超乎尋常的影響?
量子:在微觀領域中,某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行的,而不是連續的,這個最小的單位就叫做量子。
量子計算機是指利用量子相干疊加原理,理論上具有超快的並行計算和模擬能力的計算機。使用億億次的“天河二號”超級計算機求解一個億億億變量的方程組,所需時間為100年。而使用一臺萬億次的量子計算機求解同一個方程組,僅需0.01秒。
傳統計算機好比兩指彈琴;量子計算機就是千手觀音彈琴!
想像一下,你被要求5分鐘內在國會圖書館某一本書的某頁上找到一個大寫字母“X”,這幾乎是不可能的,因為那裡有5000萬冊書。但是如果你處於5000萬個平行現實中,每個現實都可以查看不同的書籍,你肯定能在其中某個現實中找到這個“X”。在這個假設中,普通計算機就是像瘋子一樣的那個你,需要5分鐘內找遍儘可能多的書。而量子計算機卻能將你複製出5000萬個,每個只需翻找一本書即可。
就是這樣,我們擁有了孫悟空一樣的千百萬個化身。若真的完善了量子計算,甚至大面積應用於我們的生活,這種改變,是空前絕後的,完全出乎普通人的想象。
讓我們來展望一下未來吧!
天氣預報:
絕對海量的數據計算,極大地發展了天氣預報,加上通信系統的發展,這一天來臨的時候,我們不必收聽什麼預報,而只是在拉開房門的時候,手機裡傳出一個善意的提醒:請您帶把傘!
萬物互聯:
家庭裡的所有電器終於走到了萬物互聯的時代,當我們下班回到家的時候,飯已經做好了,空調已經開到了26度,我們喜歡的電視頻道也開始播放。
駕駛證成為歷史:
及時的量子計算終於實現了無人駕駛,在此基礎上的衛星定位和道路路況的點對點確認,使得我們告別了駕駛證,一切的出行只需要我們的語音來完成。
及時醫療:
再也不用擔心老年人的身體突發事件了,隨身的健康監測時時刻刻與醫院的系統連接,一旦出行反常,醫院的救護車將在GPS定位下立刻來到病人身邊實施搶救。
上面列舉的只是量子計算發展的部分作用,我們有理由相信,更多的應用將徹底改變我們的生活。這樣的改變,比工業革命的蒸汽機還要重要,到那個時候,將超越我們的想象。
谷歌、微軟、IBM和世界各國政府繼續在量子計算領域進行重大投資,他們指望通過解決當今經典計算機難以解決的問題來改變世界。
量子計算機將擾亂每一個行業。他們將改變我們做生意的方式和我們保護數據的安全措施,我們如何對抗疾病和發明新材料,解決健康和氣候問題。創造商業上可行的量子計算機加速,我們世界將會迎接新的革命。
網絡安全
一旦量子計算機廣泛採用,網絡安全就會有好有壞。壞嗎?我們當前的數據加密策略將會過時。目前,大多數在線安全方法都依賴於這樣一個事實,即當計算機處理大量數據時,“破解代碼”需要花費大量的時間。然而,量子計算機將能夠迅速處理這些信息,使我們的計算機、金融機構和私人信息變得脆弱。好消息是,我們已經完成了大量的工作來開發量子加密技術,如量子密鑰分發,這是一種超安全的通信方法,需要一個密鑰來破譯信息。由於量子力學特有的特性,如果消息被攔截,沒有人能讀取它。
人工智能
對提高機器學習至關重要的信息處理,最適合於量子計算。量子計算機可以分析大量數據,為人工智能機器提供改進性能所需的反饋。量子計算機能夠分析數據以比傳統計算機更有效地提供反饋,因此人工智能機器的學習曲線被縮短了。就像人類一樣,由量子計算機的洞見驅動的人工智能機器可以從經驗和自我糾正中學習。量子計算機將幫助人工智能擴展到更多的行業,幫助技術更快地變得更加直觀。
藥物開發
為了開發一種有效的藥物,化學家需要評估分子、蛋白質和化學物質之間的相互作用,以確定藥物是否能改善某些條件或治療疾病。由於分析了大量的組合,這就是時間和勞動強度。由於量子計算機可以同時檢查多種分子、蛋白質和化學物質,化學家們可以更快地確定可行的藥物選擇。此外,一些藥物在試驗階段被取消,即使這些藥物可能對一部分人有效。量子計算將允許一個人的基因測序和分析,比我們今天使用的方法要快得多,並且允許個性化的藥物開發。