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【活久见】牛瘪犇的量子计算机究竟是啥?终于明白了!

炒股密讯 2019-07-07 04:28:08

近日,国外媒体报道,美国科技巨头IBM宣布,已经与三星、摩根大通和巴克莱等公司合作,开发商业用途的量子计算机技术,应用重点将放在金融行业中,包括交易策略、投资组合优化、资产定价和风险分析等。这一消息引起轩然大波,随后,奔驰戴姆勒、本田、三星、化学品公司JSR也迅疾纷纷宣布,将与IBM开始量子计算机合作。

其实早在2016年,IBM 就推出了 5 量子位的计算机,到今年双十一,IBM又宣布:20 量子位的量子计算机问世。那么,被各行业巨头纷纷追捧的量子计算机,到底是什么呢?

什么是量子计算机?

▲图片来源于网络

量子计算机(quantum computer):是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。

量子力学:是描写原子和亚原子尺度的物理学理论。它彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点A通过一条单一路径到达点B。

▲图片来源于网络

那个著名实验“薛定谔的猫”,就是一个量子力学思维实验(感兴趣的可自行百度)

量子计算机与传统计算机有什么区别?

 

▲图片来源于网络

传统计算机的运行是对bit(位)的操作,从一串二进制数变成另一串二进制数;决定两串二进制数如何转化的是逻辑门。

量子计算机的运行是对qubit(量子位)的操作,从一个量子态演化到另一个量子态,决定两个量子态如何演化的是量子门。

也就是说,传统计算机的一个bit,只能是0或1,而量子计算机一个qubit的取值,是整个复数空间上的单位向量,所以可能性有无限多种,我们其实可以将人类所有的信息写在单独的一个量子比特上。

它的运算速度有多快呢?50量子比特的量子计算机,一步就能进行2的50次方运算,等于1125899906842000,即一千万亿次计算。目前已经有些系统已经能够对100个左右的粒子进行相干操作。如果我们能够把这样一种计算能力利用起来,那么它相当于对2的100次方的数据进行计算。我们现在全世界所有的计算机、手机的计算能力加起来,这个计算能力大概是2的80次方。这意味着一台100量子比特的量子计算机,它的计算能力是目前100万个地球的计算能力都不能达到的

这种恐怖的计算能力,应用在云计算、加密解密等领域,有其难以估量的工业价值。

蜂拥而上的科技巨头

事实上,不仅仅IBM在研发量子计算机,在这个领域,世界上的科技巨头基本上都在研究量子计算机。

▲图片来源于网络:D-WAVE公司的量子计算机

D-Wave公司:世界上首台量子计算机的开发商,2007年就推出首台量子计算机。谷歌、美国宇航局(NASA)和美国大学太空研究协会都是它的用户。

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IBM 于2016年推出了 5 量子位的计算机,2017年3月,宣布了新业务“IBM Q”,旨在向企业和科研单位提供一种商用化的量子计算平台,并计划今年年底推出20量子位计算机。

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微软研究院于2017年1月表示将着手量子计算工程样机研发,目前正在与Rambus公司合作研究量子计算所需的内存需求,微软表示在实际投入硬件之前,先使用理论方法接近量子计算。

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阿里也布局量子计算机,2017年5月3日,世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生,这台量子计算机由中科大、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所共同完成。

量子计算机即将取代传统计算机?

▲图片来源于网络

虽然媒体大幅报道量子计算机将取代传统计算机,但目前来看,不会。为什么呢?主要有以下几个原因:

1. 量子计算机算法有限

众所周知现在的传统计算机是可编程的,而量子计算机需要特定的量子算法才能发挥出强大威力。而且,并不是所有的计算都可以用量子算法加速,现存的量子算法只有几十种,所以目前可见的量子计算机都不是通用的,只能用于解决特定问题。

2. 物理上实现非常困难

实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。举个例子:D-Wave公司推出的量子计算机实际上是一台量子退火机,它需要在20mk(即-273.13摄氏度)的温度下才能运行。谷歌为了使用这台量子计算机专门建了一个实验室:Quantum AI Lab。

即便满足如此苛刻的环境,量子比特在制造或操作的过程中总会有各种干扰、误差,从而导致量子比特的寿命极为短,操作的可靠性也十分低。

3. 量子计算机成本高昂

大家可以看一下量子计算机需要用到的低温恒温器:

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整机有多大呢?

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▲图片来源于网络

▲图片来源于网络

据说一台量子计算机占地需要3平米……这个画风再和你面前的PC机对比一下,就可以想象一下它的造价有多么高昂。

假如有一天量子计算机的硬件成本能跟电子计算持平,并且算法的理论基础也差不多,取代将会是必然。

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只是你有生之年是别想看到了

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