[新聞] 量子計算一個可以把整個地球的信息,裝到一個256位存儲單元里

九月下旬,科技界引起了轟然大波。谷歌計算機科學家的一篇論文聲稱一種稱為量子計算機的創新型新機器已經證明了“量子”的速度。根據該論文,該電腦在三分鐘內完成了一項高科技和專業化的計算,而這需要一台普通計算機花費10,000年的時間才能完成。這項成就可能預示著我們在思維,計算,保護數據以及審訊自然最微妙方面方面的一場革命。

加利福尼亞理工學院的物理學家在一封電子郵件中創造了“量子計算”一詞,他表示谷歌的工作可能在實驗物理學上取得了令人印象深刻的成就。但是,隨後這些文件消失了,技術愛好者對此感到困惑。當時,谷歌拒絕評論,但許多專家懷疑,即將進行正式宣佈,包括所有宣傳和適當的同行審查。因此,量子計算是現代科學中最神秘的概念之一,它正努力走向成熟。

量子魅力

自從科學家們發現,隨機性和不確定性規則,原因不能保證與效應相關,並且電子或其他亞原子實體可以無處不在,無論是波還是粒子,直到有人對其進行測量為止。從晶體管和激光器到我們口袋中的小工具,大多數現代技術都基於這種量子怪異性。去年美國通過並與特朗普總統簽署了《國家量子計畫法案》,該計畫花費12億美元來促進對量子技術尤其是量子計算機的研究。

通過利用量子怪異性的性質,這些計算機可以同時進行數以百萬計的計算,足以破壞當前牢不可破的代碼並解決迄今無法解決的數學難題。谷歌,IBM,微軟和其他公司現在正在設計和構建入門版,甚至將其發佈到網上,幾乎每個人都可以學習將量子領域付諸實踐。普通計算機以一系列為1或0的位存儲數據並執行計算。相比之下,量子計算機使用的量子位可以同時為1和0,至少直到被測量為止,此時它們狀態被定義。八位組成一個字節;典型智能手機的活動工作內存可能使用2 GB或80億位的兩倍。那是很多信息,但是仍然無法與與幾十個量子位的信息容量相比。因為每個量子位一次代表兩個狀態,所以狀態總數隨著每個添加的量子位加倍。一個量子位是兩個可能的數字,兩個是四個可能的數字,三個是八個,依此類推。它開始緩慢但很快就變得巨大。

量子解密

想像一下你有100個完美的量子位,將需要投入地球的每個原子來存儲一些信息,以描述該量子計算機的狀態。當你擁有280個完美的量子位時,能力足以將需要宇宙中的每個原子來存儲所有的零和一。如何做到這一點是工程師的夢想和噩夢。每個量子計算的開始和結束都在該程序集的頂部以一串和零結尾。然後,這些位被轉換為微波脈衝,並通過電線和管道向下傳送到懸掛在底部的一系列50個小型超導設備。微波脈衝使量子位轉換,使它們處於不確定狀態介於1和0之間。隨後的微波脈衝對它們進行操作,將它們彼此相加或相減,或將它們成對放置在一種稱為纏結的怪異狀態中,其中一個量子位發生的變化會影響另一個量子位的測量。最後,量子位相互干擾,就像海洋上的波浪一樣,產生了輸出的一和零的字符串,這就是答案。此外,在實踐中,量子位必須避開嘈雜的非量子世界,因此過程會在極地的溫度下發生,在那裡底部的芯片溫度保持在絕對零以上,比外太空都要寒冷。

“ Q”代表量子。由一家建築公司設計的該計算機與未來本身一樣現代,令人生畏且不透明,這台計算機是用戶可能從未見過的最漂亮的計算機。迄今為止,已有13萬人使用了它,進行了1700萬次實驗,發表了約200篇論文。而且,其他科學家們操縱著更多的量子裝置,試圖學習如何講自然界的外來亞原子語言。數學家們仍在爭論,直到它最終衝出實驗室時,所有這些量子能力才可以實現。普通計算機可以很好地解決“輕鬆”問題可以在合理的時間內回答的問題,例如導航土星環或預測颶風的路徑。然後是“難題”,很難找到其解決方案,但是一旦確定,就很容易驗證。其中包括大量分解。許多現代加密方案,例如廣泛使用的RSA加密算法,都依賴於無法在合理的時間內分解這些數字。

應用級別發展

1994年,當時在貝爾實驗室以及現在在麻省理工學院設計了一種算法,量子計算機可以用來分解大數,從而破壞目前普遍使用的大多數網絡安全代碼。2012年,加州理工學院的物理學家l博士發明了“量子計算”一詞,用以描述量子計算機在性能上遠勝於傳統計算機的潛力。這就是谷歌團隊一直在嘗試量子計算機進行的工作。他們正在處理的計算是高度專業化和技術性的,主要用於表明量子計算的可能性。成功將是人類知識進步的轉折點,是邁向根本不同的未來的第一步,就像萊特兄弟的第一次飛行一樣,但這只是漫長的一步。

現實是,計算的未來將是傳統的計算機人工智能之間的混合體和量子計算融合在一起。其實很多科學家根本不以量子位來判斷量子計算機。他們更喜歡一個新的量度“量子量”,該量度同時考慮了量子位的數量和糾錯量。根據IBM的說法,量子的數量每年都在翻倍,但是沒人能說出這種翻倍在事情變得有趣之前必須走多遠。量子至高無上的最終目標是使用量子位來破解加密代碼。但這需要一段時間。 谷歌計算機的名稱全部為53個量子比特,而新的IBM計算機則僅有20個量子比特。相反,可能僅需要數百個量子位或更多的量子位來存儲當前密碼中使用的大量數字之一。而且,這些量子位中的每一個都將需要數百個保護,以防止外部噪聲和干擾引起的錯誤。


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2019.12.14
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