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  • 【编程漫谈】闲话量子计算

    Google和IBM都声称自己的量子计算机造出来了,然后网上到处在讨论这个东西。新兴的事物总是能够吸引人们的眼球,那这个量子计算机究竟新奇在什么地方?谈到量子计算,大概无外呼就是它的运算速度了,网上也有很多看似科普的文章,但这些文章看完之后基本上是云里雾里,没有几篇能讲实质的东西,有些人大谈特谈量子理论,却不知道自己讲的狗屁不通,他们可能认为,反正大家都不懂,胡吹一通,赚点流量得了。这些文章无非人云亦云,一般都是拿传统计算机比较,大部分基于感观的一个比较,或着叫横向类比,有时候这种手法能帮助人理解问题,有时候却会把人带进沟里。

    量子计算最关心的确实是运算速度问题,但是它的物理实现是基于量子力学的,用量子力学实现的计算机,就显得逼格很高了。首先,提到量子人们免不了想起爱因斯坦、薛定谔、霍金等神级物理大师,于是提到量子计算,很多人就表现出一副高山仰止的模样。但实际上,具体如何运用量子,将其做一个计算机,这个是科学家的任务,对于普通的开发人员没必要知道那么仔细,除非你有志这方面的科研工作。而很多科技文章里,却沉迷于量子的理论里。比如,提到量子计算,免不了诟病一下二进制,提到到某个名词——“量子位”等等,其实这些东西说了等于没说,我们关心的是,量子计算机为什么快,而不是微观领域的实现方法,哪怕是传统的计算机,又有多少人深知其原理呢?难道量子计算一出来,个个都能成为大师了?

    任何一门技术都有宏微观之分,不同的人需要掌握不同层面的知识体系。对于量子计算机,我们真不需要知道什么是“量子纠缠”,不需要了解如何将物体冷却到绝对0零度。如果你不能够身在实验室中,就没必要讲这些大道理,我们更应该关心一个新事物带给我们的好处。量子计算带给我们的好处就是快,它的快,我们可以换种思路去理解,如果要基于物理理论去理解,那你可能要进大学回炉重造一番,起码拿个硕士以上学位大概才可以真正地去理解这个原理。作为普通大众,得从一个经验性的角度去理解这个问题,量子是一个很微观的概念,可以理解成很小很小的东西,小得无法再分割,这玩意以一种有别于宏观世界的方式在运动,当然怎么运动的不必去了解,我们中记住一个结果,这种运动可以表示成可识别的4种状态。

    传统的计算机,每个基础位只能表示2种状态,打个比方计算中一个32位数需要32个开关才能表示,而在量子计算中,只8个就够了。这样带宽上省下来的不是一点半点,随着量子位增加,表示的数据也可以无限大,虽然传统计算机理论上也可以无限扩张,但限于物理结构,实际是不可能无限扩大的,但量子就不一样了,量子是非常非常小的,传统计算机CPU里的一个位开关就可以包含无数个量子了,所以量子对物理空间的需要是非常小的,这样量子计算机就可以用很小体积,轻易地创造出比传统算计机中的超级计算机还要高出无数运算单元的量子计算出来。

    有另于传统计算另一个方面,就是表现就是。量子计算是造量子的自身运动来实现的,量子运动是瞬间的,基本上光速来运转的。而传统的计算通过电力控制开关的闭合来实现的,这样从能量的使用来讲,就多了好几道的转换,由电力转换成机械能,然后根据开关的闭合情况再转换成相应编码的数据,再把结果展示出来,如此循环往复,这便是传统计算机运算原理。而量子计算是通过量子的运动,这个从运动速度上来讲就不是一个数量级的。所以为什么量子计算机为什么会快,就是这个原因。

    等量子计算机量产后,我估计跟传统计算机,在使用上不会太大的不同。因为,无论它是什么样的物理实现,核心的东西总是脱离不了现有数学理论。无非就是信息与数字之间的转换,量子计算是加快了这个转换进程,以前实现了更大的临时数据存储。大多时候还是现实的需求,驱动低层技术的发展,量子计算也是因为现代社会中要处理的信息越来越大,比如马斯克要蹬火星,这当中不可控因素太多了,如果模拟出更多的情况,就需要更超强的计算机来运算了。

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