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量子计算:摩尔定律的终结者,未来科技发展方向

简介:

根据摩尔定律,计算机处理器芯片上的晶体管数量每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,价格也会更便宜。然而这一理论似乎快走到尽头了。

工程专家一直尝试用不同的方法保持计算机处理性能快速增长,其中量子计算就是提高计算机处理性能最好的办法之一。量子计算理论如今已经在实验室被证实,其性能超越目前所有的超级计算机,然而能否投入正常使用短期内依然无法下定论。

什么是量子计算?

我们目前所使用的常规计算机能处理二进制信息,即0和1。据百度百科记载,普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数(00、01、10、11)中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储这四个数,因为每一个量子比特可表示两个值。使用量子计算,计算机能并行处理更多信息,计算速度将远超当今的计算机。

如果一个系统内包含少量的量子位,这个概念完全可行,然而当大量的量子位同事进行处理时,目前的技术就捉襟见肘,无能为力了。

量子计算如何运作

当下的计算机处理芯片都是“沙子”,也就是硅做的,其物理体积随着时间的退推移越来越小,而处理速度却越来越快。现在的处理器已经可以做到一个指甲盖大小,而且处理速度也远超普通体积的处理器。

在常规计算机中,信息单元用二进制的 1 个位来表示, 它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态。在二进制量子计算机中,信息单元称为量子位,它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外,还可处于叠加态。叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加,它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态,“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在。通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态。这一特性常规计算机根本就无法处理。一旦解决这一问题,计算机的处理能力将暴增,超越目前所有的超级计算机。

量子计算的影响力

量子计算带来的影响力可能是我们今生最具有影响力的事物。如果科学家能够创造一台稳定、可靠的量子计算机,那些长久以来困扰人们的数学难题可被轻易解决。量子计算机可能就是下一个“陈景润”。

量子计算机有多少处理能力?理论上是无限的。科学家能够依次创造出更智能的计算机,设计出能进行远距离太空飞行的宇宙飞船。量子计算或许还能让真正的人工智能成为现实。

挑战

生成量子位异常困难。到目前为止最大的量子计算机是IBM研究团队在2002年的研制的,成功地人工合成了分子,内含7个量子位。

生成量子位然后使用只是做了一把“好钢”,更重要是如何“把好钢用在刀刃上”。科学家目前都在努力编制用于量子位处理过程的算法。

什么时候能够见到量子计算机

据媒体预测,至少还要10年才能看到真正的量子计算机问世。目前技术障碍太多了。大型量子计算可能永远不能量产。就算量子计算机问世之后也是能最先用于超计算机,而非进入大众市场。在此其间,我们还得继续使用常规的计算机。

希望永远存在

每个月我们几乎都能看到量子计算的新消息。2011年,加拿大量子计算公司D-Wave发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”,它采用了128-qubit(128量子位)的处理器,四倍于之前的原型机,理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。不过呢,也别太兴奋,这个大家伙现在还只能处理经过优化的特定任务,通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手,而且编程方面也需要重新学习(严格意义上讲,这不是一台量子计算机)。 D-Wave One在散热方面的要求也非常苛刻,必须由液氦全程保护,但这至少比原型机离不开接近绝对零度的液氮好多了。量子计算机,就在不远处等着我们。


原文发布时间为:2012年08月30日
本文作者:Rowson
本文来源:创见,如需转载请联系原作者。

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