量子计算一个可以把整个地球的信息,可以装到一个256位存储单元里

2019-11-06 10:36 | 达峰网
量子计算一个可以把整个地球的信息,装到一个256位存储单元里

 

九月下旬,科技界引起了轰然大波。谷歌计算机科学家的一篇论文声称一种称为量子计算机的创新型新机器已经证明了“量子”的速度。根据该论文,该电脑在三分钟内完成了一项高科技和专业化的计算,而这需要一台普通计算机花费10,000年的时间才能完成。这项成就可能预示着我们在思维,计算,保护数据以及审讯自然最微妙方面方面的一场革命。

加利福尼亚理工学院的物理学家在一封电子邮件中创造了“量子计算”一词,他表示谷歌的工作可能在实验物理学上取得了令人印象深刻的成就。但是,随后这些文件消失了,技术爱好者对此感到困惑。当时,谷歌拒绝评论,但许多专家怀疑,即将进行正式宣布,包括所有宣传和适当的同行审查。因此,量子计算是现代科学中最神秘的概念之一,它正努力走向成熟。

量子魅力

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自从科学家们发现,随机性和不确定性规则,原因不能保证与效应相关,并且电子或其他亚原子实体可以无处不在,无论是波还是粒子,直到有人对其进行测量为止。从晶体管和激光器到我们口袋中的小工具,大多数现代技术都基于这种量子怪异性。去年美国通过并与特朗普总统签署了《国家量子计划法案》,该计划花费12亿美元来促进对量子技术尤其是量子计算机的研究。

通过利用量子怪异性的性质,这些计算机可以同时进行数以百万计的计算,足以破坏当前牢不可破的代码并解决迄今无法解决的数学难题。谷歌,IBM,微软和其他公司现在正在设计和构建入门版,甚至将其发布到网上,几乎每个人都可以学习将量子领域付诸实践。普通计算机以一系列为1或0的位存储数据并执行计算。相比之下,量子计算机使用的量子位可以同时为1和0,至少直到被测量为止,此时它们状态被定义。八位组成一个字节;典型智能手机的活动工作内存可能使用2 GB或80亿位的两倍。那是很多信息,但是仍然无法与与几十个量子位的信息容量相比。因为每个量子位一次代表两个状态,所以状态总数随着每个添加的量子位加倍。一个量子位是两个可能的数字,两个是四个可能的数字,三个是八个,依此类推。它开始缓慢但很快就变得巨大。

量子解密

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想象一下你有100个完美的量子位,将需要投入地球的每个原子来存储一些信息,以描述该量子计算机的状态。当你拥有280个完美的量子位时,能力足以将需要宇宙中的每个原子来存储所有的零和一。如何做到这一点是工程师的梦想和噩梦。每个量子计算的开始和结束都在该程序集的顶部以一串和零结尾。然后,这些位被转换为微波脉冲,并通过电线和管道向下传送到悬挂在底部的一系列50个小型超导设备。微波脉冲使量子位转换,使它们处于不确定状态介于1和0之间。随后的微波脉冲对它们进行操作,将它们彼此相加或相减,或将它们成对放置在一种称为缠结的怪异状态中,其中一个量子位发生的变化会影响另一个量子位的测量。最后,量子位相互干扰,就像海洋上的波浪一样,产生了输出的一和零的字符串,这就是答案。此外,在实践中,量子位必须避开嘈杂的非量子世界,因此过程会在极地的温度下发生,在那里底部的芯片温度保持在绝对零以上,比外太空都要寒冷。

“ Q”代表量子。由一家建筑公司设计的该计算机与未来本身一样现代,令人生畏且不透明,这台计算机是用户可能从未见过的最漂亮的计算机。迄今为止,已有13万人使用了它,进行了1700万次实验,发表了约200篇论文。而且,其他科学家们操纵着更多的量子装置,试图学习如何讲自然界的外来亚原子语言。数学家们仍在争论,直到它最终冲出实验室时,所有这些量子能力才可以实现。普通计算机可以很好地解决“轻松”问题可以在合理的时间内回答的问题,例如导航土星环或预测飓风的路径。然后是“难题”,很难找到其解决方案,但是一旦确定,就很容易验证。其中包括大量分解。许多现代加密方案,例如广泛使用的RSA加密算法,都依赖于无法在合理的时间内分解这些数字。

应用级别发展

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1994年,当时在贝尔实验室以及现在在麻省理工学院设计了一种算法,量子计算机可以用来分解大数,从而破坏目前普遍使用的大多数网络安全代码。2012年,加州理工学院的物理学家l博士发明了“量子计算”一词,用以描述量子计算机在性能上远胜于传统计算机的潜力。这就是谷歌团队一直在尝试量子计算机进行的工作。他们正在处理的计算是高度专业化和技术性的,主要用于表明量子计算的可能性。成功将是人类知识进步的转折点,是迈向根本不同的未来的第一步,就像莱特兄弟的第一次飞行一样,但这只是漫长的一步。

现实是,计算的未来将是传统的计算机人工智能之间的混合体和量子计算融合在一起。其实很多科学家根本不以量子位来判断量子计算机。他们更喜欢一个新的量度“量子量”,该量度同时考虑了量子位的数量和纠错量。根据IBM的说法,量子的数量每年都在翻倍,但是没人能说出这种翻倍在事情变得有趣之前必须走多远。量子至高无上的最终目标是使用量子位来破解加密代码。但这需要一段时间。 谷歌计算机的名称全部为53个量子比特,而新的IBM计算机则仅有20个量子比特。相反,可能仅需要数百个量子位或更多的量子位来存储当前密码中使用的大量数字之一。而且,这些量子位中的每一个都将需要数百个保护,以防止外部噪声和干扰引起的错误。

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