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很大飞跃! 比超级计算机快15亿倍的量子计算机, 1万年的计算问题仅需200秒

时间:2020-09-16 09:08 来源:网络 作者: 菜叶

【菜叶网阅读分享】

  核心提示: 目前人类的社会已经进入了互联网信息时代,随着计算机的不断发展,人们慢慢的发现二维的古典计算机有可能会进化成三维的量子计算机,进而产生类似于人类的智慧。2018年11月,谷歌宣布与nasa创建合作伙伴...

目前人类的社会已经进入了互联网信息时代,随着计算机的不断发展,人们慢慢的发现二维的古典计算机有可能会进化成三维的量子计算机,进而产生类似于人类的智慧。2018年11月,谷歌宣布与nasa创建合作伙伴的关系。他们将分析在谷歌量子处理器上运行的量子电路结果,并和古典模拟当作比较,用来验证谷歌硬件,并为量子优越性创建基础。所谓的量子霸权又被叫做量子优越性,它是指量子计算机解决古典电脑实际上完成不了的问题,但这些问题本身未必就有实际应用。

从计算复杂性理论的角度来说,量子计算机相对于最佳古典算法的加速是超多项式的,而量子计算优势的概念可以追溯到尤里-马宁和理查-费曼提出的量子计算建议。

巨大飞跃! 比超级计算机快15亿倍的量子计算机, 1万年的计算问题仅需200秒

2017年10月,美国IBM公司在传统的超级电脑上展示了56个量子比特的模拟,从而增加了量子优越性所需的量子比特数量。而目前全球上最快的超级计算机正是美国IBM公司的“高峰计算机”。

现在我们把超级计算机要用10000年才能算出的问题,叫做不可能完成的任务。但是如果使用量子计算机的话,就可能把这个任务给简单化,甚至可能仅仅只用一碗泡面的时间,所需的200秒和之前到10000年,两者之间可是有15亿倍的差距。

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而正常的家庭板电脑和超级电脑对比的话,也是有着几百万倍的速度差距,所以量子电脑和家用电脑速度相比较就会是个天文数字了。量子计算机可以完成经典计算机无法成功的计算,这个事情就叫做量子霸权。

但在2019年11月23日,自然期刊推出了谷歌实现量子优越性的学术论文,许多学者和人士对此议论纷纷。美国总统美国总统特朗普的女儿伊万卡在推特上面说,美国已经率先进入了量子霸权,而谷歌的项目是和美国总统特朗普政府以及加州大学圣塔芭芭拉分校合作进行的,这个事情就立刻引起了全球的广泛关注。

谷歌首席执行官受访时也对此事进行了回应,他用委婉的比喻称实验就像是莱特兄弟的首次飞行,虽然还未真正得到应用,但概念是非常可行的。

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量子计算机的大小和一个正常家庭的厨房差不多,而高峰计算机占地面积有522平方米,大约和两个网球场加起来的大小一样。

超级计算机是需要10000多个芯片来运行,而量子计算机仅仅需要一个芯片,所以一个芯片用一杯泡面的时间完成了10000多个芯片10000年的运算量,这个对比听起来已经出乎人们的预料了。

现如今限制量子计算机发展的最大问题,就是它内部硬件的放置环境,它要保证每个计算源的纠缠态,在零下273.15度左右的环境里进行计算,这个温度也被叫做绝对零度,这样就能保证它的计算元处在一个标准的量子纠缠态中。

想要长期保持这种温度,就需要非常大的机器来进行制冷,因此才需要一个厨房那么大的空间。如果发展到后期技术成熟后,就只需要一个指甲盖大小的芯片就可以了。如果6年前想要制造一个量子纠缠态的计算元,那是非常困难的。但是在去年的时间里就已经制造出了50个。

上面讲到的量子计算机就使用了53个计算元,那么这种量子计算机究竟能完成什么呢?

本来它的一种用途就是大数据计算,比如生活中常见的天气预报,如今的天气预报经常不准的真相,就是现在计算机很难模拟复杂的天气状况。普通的计算机要完成计算需要很久的时间,但如果一天的时间里计算不出来,那么第二天的预报就没有了意义。

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但有了量子计算机之后,地球的自然环境都可以被模拟出来,所以天气预报就会变得非常准确。从某种意义上来说,它可以预测未来,甚至还能用来预测股市和外汇市场。目前的股市和外汇市场很难赚钱的真相,就是因为他是无法预测的,除此之外,量子计算机还能够破解密码。比如说现在加密的各种代码,普通的计算机需要一万年才能破解,量子计算机只需要200秒就可以了。

所以这直接造成对现在的政府军队机构,还有银行的毁灭性打击。另外靠网络存在的虚拟货币也会受到影响,比如比特币就建立在代码的基础上,凭借量子计算机只需要一杯泡面的时间,就可以直接让虚拟货币瞬间蒸发。这也是量子计算新闻的当天比特币突然暴跌的真相。

但是经过短暂的低迷之后,它的价格又一下反弹了回来。因为如果真的产生了量子计算,不光是比特币有危险,就连国家银行还有政府都会被轻易攻破,但到时候也一定会有根据量子计算而产生相应的加密方法。

虽然量子计算机能够完成解密,但同样他也可以用来进行加密。并且在量子计算机的发展基础之上,相应的软件也会迅速发展起来。所以未来将会有怎样的进步,这根本就是一个无法想象的奇迹点,但是奇迹点究竟什么时候到来,估计要等到几十年以后了。

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谷歌也曾发文表示,量子计算机想要彻底普及化,还需要几十年的时间来研究。不过在去年的时候,美国IBM公司已经开始售卖最初级,并且针对特殊目的进行计算的量子计算机。

那么量子计算机到底是如何计算的呢?

普通计算机一个计算单元只能存储一个数字0或者1,但是量子计算机一个计算单元可以同时存储两个数字0,还有1。假设两台计算机都只有10个计算单元,普通计算机最多只能组成一个十位数的数字。

而量子计算机就能组成2的十次方的数字,所以说它就能处理1024个数据,而速度就比普通计算机快了1000倍,所以谷歌量子计算机和普通的相差15亿倍的数据,就是因为它采用了53个计算单元。简单来说普通计算机只识别两个数0或者1,量子计算机可以是,三个数0 1还有一个0 1的混合态,所以量子计算机比普通计算机提高了一个维度。

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从某个角度来说,量子计算机的结构和人脑是一样的,人的大脑是三维构成的,现在的普通计算机无法模拟人脑的真相,就是因为它缺少一个维度。我们经常说电脑始终无法学会人的一些东西,比如说想象力或者情感等等。

真相就在于它没有第三种状态,因为量子计算机具备第三种状态,所以使用它制造出来的人工智能就有可能产生真正的智慧和情感。它甚至可能会做梦,也可能有创作力,反过来说,人脑也属于另一种结构的量子计算机。

它每天都在进行着大量的计算,从我们每天睁开眼的那一刻开始,周围的景象就全部被记录了下来,这种速度丝毫不亚于任何的计算机。

美国有一个脑科学研究专家,他发现人脑里有一个特别奇怪的情况,目前有机体学界通常的认知是人脑就是由神经元和神经网络组成的。那么如果我们刺激了人脑的某个神经元,这个信号需要传到人脑里另一个神经元的话,就需要通过神经网络了。

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在这个传输过程中,所有的神经元都会被激活,但是事实上他们做的实验发现并非这样。当刺激人脑的一部分神经元时,虽然另一部分也有反应,但是中间的神经网络却丝毫没有表现,这个实验就得出了一个结论。他们认为人脑具有量子的这个纠缠状态,不会因为刺激一部分神经元而导致整个人脑都会产生连带反应。

但信息到底是如何传送到另一个部分的,现在科学家还没有得出结论,而且人脑最不可思议的地方就是它是整个身体中结构最简单的一个部分。其余的人体器官都相当复杂,里面就像一个精密的机器一样。但只有人脑依靠神经元和神经网络组成,我们所有的科技如今都在向量子方向发展,甚至有可能未来会产生量子虚拟全球,但里面的量子计算也会产生智慧。但无论怎么,它终究是要被限制在某一个范围内,就像人类被限制在星空当中。但如果我们真的有一天能够突破二维,把量子计算机进化成三维的人类智慧,那么全球也将会发生很大的改变。

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