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如何理解量子计算机?

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2015年5月21日 / 109次阅读
标签:计算机

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我们应该如何理解量子计算机

量子计算机脱胎于物理学中奇异的量子理论,更具体一点,就是量子力学。一个常识告诉我们,伟大的牛顿三大定律更量子力学完全不兼容,量子的世界颠覆传统。

还是先圈定一个范围,什么是量子?量子物理学研究对象为很小的事物,如电子和光子等,并试图解决人们此前没能解决的问题。这些很小的事物,物质,就是量子。

量子的世界,神奇在什么地方呢?从目前网络上介绍量子计算机的文章来分析,有两个神奇的地方:(1)量子是多态的,它可以表示0,还可以表示1,还可以表示0或者1,量子计算机的比特位叫做qubit;(2)量子可以进行瞬间移动(teleportation)。

如何理解量子计算机:

量子计算机公司D-Wave联合创始人埃里克·勒迪辛斯基(Eric Ladizinsky)2014年在伦敦参加会议时,解释了常规计算机与量子计算机之间的区别。想像一下,你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个大写字母“X”,这几乎是不可能的,因为那里有5000万册书。但是如果你处于5000万个平行现实中,每个现实都可以查看不同的书籍,你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。在这个假设中,普通计算机就是像疯子一样的那个你,需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个,每个只需翻找一本书即可。

以上这段话,我理解的话,就是量子计算机是直接的并行计算模式,其计算速度快到无法想象。因为超快的计算速度,在面对一些用传统经典计算机难以解决,或者需要耗费很长时间才能解决的问题上,量子计算机具有明显的优势。比如:天气预测,生物制药领域的药品研制,交通,国防,安全等等。

由于量子的多态,运算速度,以及人类无法理解的瞬间移动的特性,有人说,“量子计算机是运行在平行宇宙中的”。(所谓平行宇宙,是一种理论,该理论认为这个世界存在许多与此平行的世界,相互之间在时间上统一,但是内部如何发展完全独立,李连杰曾经有一部电影《the one》,就是基于平行宇宙的理论)

量子计算机还有个特性,就是它必须要在非常非常低的温度时,才能正常运行。

开氏(Kelvin)温标,或者所说的“绝对零度”,也是可测量的最冷温度。根据动力学理论,当温度在绝对零度时,单个原子的动能为零,原子停止运动后,它们也就停止产生热能。美国D-Wave公司所生产量子计算机,其内部温度保持在0.02°K,相当于华氏温标-460°F。

硅芯片上16个量子位的光学照片

硅芯片上16个量子位的光学照片

对于量子计算机而言,以上只是罗列出一些基本知识,但是还是不足以让我理解它的工作原理,以及更重要的,它将带来的影响。我们只能拭目以待,在未来某个时间,继续学习和思考。

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云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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