量子计算机|量子计算与普通计算有什么不同，为什么它会那么快
最近中科大教授获得了量子计算的国际奖项 ， 引起众人关注 。 特别是量子计算中量子两字 ， 来源于违反常理的量子力学 ， 为量子计算添加了一丝神秘色彩 。 那么量子计算与普通计算究竟有什么不同 ， 它为什么会算的那么快 。
本文图片
计算的本质
首先我们来讨论一下计算的本质 。 计算是一个输入、然后按照一定的规则处理 ， 再输出结果的过程 。 计算机就是能够完成这个过程的工具 ， 他可以是我们熟悉的电子计算机 ， 也可以是我们的手指头 ， 还可以是一个生物学实验 。
想象一下 ， 我们是怎么教一个3岁的小朋友计算1加2的？是不是先帮他掰开1根手指 ， 保持住 ， 再帮他掰开另外2根手指 ， 然后 ， 数一数有几根立起来的手指头？其实 ， 你看 ， 打开手指头就是把数据输入到“计算机”里 。 而将手指头们立起来并聚拢到一起 ， 就代表着运算 。 最后 ， 数一数就是对运算结果的输出 。
然 ， 并不是唯有针对数据的处理过程才叫做计算 ， 计算的含义要丰富的多 。 不仅我们人类能够设计出计算机 ， 大自然也可以做计算 。
本文图片
在日本 ， 有科研人员做了这么个实验 。 首先 ， 他们设计制作了一个形似关东地区形状的培养皿 ， 然后在这个培养皿里放入可借指铁路站点的大小不一的食物块 ， 以及用来模拟高山湖泊的光斑 。 一切就绪 ， 实验人员就将一种黏菌微生物放入了培养皿中 。 一段时间之后 ， 神奇的事发生了 ， 黏菌们仅仅凭借他们能在不同位置的食物之间建立起食物网络的习性 ， 就演化出了一个与现实中关东铁路网十分相似的食物网路 。 而这个网络其实就对应着城市之间的最优路径 ， 要知道 ， 计算多个城市间的最优路径在现实中可谓是一个非常复杂的运算过程 。
你看 ， 若是我们将这个生物学实验看做是一台计算机 ， 那么初始放入的食物、光斑、黏菌就是输入；整个演化历程就是运算过程；最后形成的食物网路就是结果输出 。
本文图片
量子计算
前面 ， 我们说到计算就是输入、运算和输出 ， 这个本质比较容易理解 。 其实 ， 更进一步地 ， 我们还可以继续深挖一层 。 那就是 ， 计算必须依附于物理系统来实现 ， 因此 ， 我们也可以将计算看做是这个物理系统的演化过程 ， 所谓输入、运算和输出正好对应着演化的起始状态、演化过程和结束状态 。 那么 ， 某个物理系统能不能作为计算机 ， 就看这个系统的初态、演化和末态 ， 能不能被我们通过某些规则去掌控住 。 电子计算机为什么这么成功 ， 就是因为我们对电磁规律非常熟 ， 能够将大多数的计算问题解释并输入到电子计算机这个系统里 ， 并能够非常快地加以处理 ， 然后给出运算结果 。
本文图片
那么为什么需要量子计算呢？
这是因为我们需要处理的问题 ， 其计算量已远超当前电子计算机的能力极限 。 比如说 ， 2019年4月 ， 人类发布的第一张黑洞照片 ， 其实是我们利用现有最好的超级计算机 ， 在通力合作的基础上 ， 耗时两年才运算出来的结果 。 我们的基因组计划、癌症药物筛查与研发、太空探索等很多领域都需要有更大算力的计算机 。 其实 ， 在设想更大算力的计算机方案里 ， 不只有量子计算 ， 还有诸如类脑计算、生物计算等 。 而在这些方案里 ， 按照目前我们对相关规则的熟悉程度来说 ， 其中最有希望得到实现的唯有量子计算 。
【量子计算机|量子计算与普通计算有什么不同，为什么它会那么快】
本文图片
量子计算的原理
顾名思义 ， 就是利用量子力学原理进行计算的物理系统 。 量子计算机在理论上 ， 其可以比电子计算机算的更多更快 。 对于同样的比特数N ， 量子比特可表示的信息容量是电子比特的2的N次方倍 。 而在运行速度上 ， 量子计算凭借其量子纠缠的特性可大大提高计算速度 。 举个例子 ， 现在要把10个数都加1 。 电子计算机怎么搞？他需要一个数一个数的去执行加一的操作；那量子计算机呢 ， 他只需要使其中的一个数完成加一的动作 ， 剩余的9个数会因为量子纠缠而自动更新 。 这就是量子计算比普通计算快那么多的原因 。
本文图片
好了 ， 今天就到这里 ， 欢迎大家关注我 ， 下次再见 。
推荐阅读
- 宇航员|把女宇航员送月球生活，一个月要花多少钱？NASA计算?结果惊人
- 基因突变|量子力学揭示了进化的秘密：一种特殊的量子效应可以导致基因突变
- 沙尘|警惕，秦岭防线可能失守！超级计算机：沙尘或携泥雨入侵四川盆地
- 量子医学|量子医学诞生了！人类或迎来没有疾病的世界
- 量子|量子世界充满了种种神秘，但最大的神秘已经被我们解开？
- 量子|骗子盯上“量子” 别被忽悠上当
- 降温|确定，南方要倒春寒！超级计算机：闽粤降温剧烈江南山区或有霜冻
- 内蒙古|16级！蒙古“台风”形成，沙尘吹向南方？超级计算机：可能性存在
- 计算机|是什么让女性在计算机史上“隐身”了？
- 量子技术|清华教授攻克难题，量子技术取得突破，美国谷歌被弯道超车