量子計算機,可以說是近些年來的一次革命

2021-01-09 若梨花笑上

有人想,是一種特殊的算法啊,不就是想讓你用一種「傻瓜」的方式獲得結果嘛;有人想,就是把計算機模擬出來當一個單片機唄,配置好就可以傻瓜式使用;有人想,是一種將量子計算機捆綁在物聯網設備上,讓計算機用來替代晶片啊;有人想,他們家用的是量子晶片,用量子計算機來做自動駕駛汽車;也有人想,基於量子計算機的各種應用中,要達到超強的算力,個人根本計算不了或許在大眾眼裡量子計算機無疑是個神秘的東西,畢竟不像機器學習算法或者人工智慧這種常見的計算機技術的發展程度,人們還是覺得這是一門離我們有點遠的領域。

但其實,量子計算機,可以說是近些年來的一次革命。它比我們想像的更為科幻和神秘。我們先不談量子機器學習之類,就從量子計算機的應用說起。01量子機器學習量子機器學習目前主要用在三個領域:量子通信量子晶片量子計算機在量子通信中有兩種類型:實量子通信(pointcrystalcommunication)和概率量子通信(probabilisticcommunication)。可以理解為量子通信系統在多種可能性模型中所處的位置,通過糾錯(correction),可以讓通信通暢:而實量子通信(pointcrystalcommunication)是在光子(等帶電粒子)處理器內部包含糾錯裝置,比如量子糾纏量子跳躍(quantumdownscalefractionalrop),可以把信息從一個光子發送到另一個光子,可以給出非常短的延遲。

而概率量子通信(probabilisticcommunication)是通過量子模型來進行量子通信,採用經典效應來模擬量子之間的量子糾纏狀態,最終可以超過經典糾纏態。用一個簡單的慄子來形象說明量子通信與實量子通信在量子通信中,由於量子模型與經典模型相距很遠,因此要求所有的數據必須都是對稱的,這就意味著量子糾纏量子跳躍一般只與光子狀態有關係。而經典的量子處理器計算一個通信連接需要藉助無限個光子,即需要測量,這就造成了量子通信距離遙遠。而實量子通信完全使用量子跳躍,它同樣需要測量來完成自身的算符,從而實現量子糾纏。

量子糾纏量子跳躍的相關論文。量子計算量子計算,就是讓機器實現量子計算,用機器像人一樣去計算;優勢在於可以做更加簡單的模擬,以及基於量子保密性原理的突破,用機器人或者植物進行量子計算,但目前似乎還不能完全替代經典計算機;也有人認為量子計算機可以取代經典計算機。基於量子機器學習,其實是量子系統的操作,包括模擬量子模型,生成圖像,文字、聲音轉錄等等,與常見的人工智慧完全不同。在原子層面上說量子機器學習,它與常見的人工智慧完全不同。

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  • 《九章》量子計算機來了,看完這篇,可以和別人聊量子計算機了
    目前的量子計算機使用的是如原子、離子、光子等物理系統,不同類型的量子計算機使用的是不同的粒子,這次的「九章」使用的是光子。為什麼量子計算機可以「超快」?傳統的數字電路只有0或1兩種選擇, 量子計算機使用的粒子則能夠同時處於多種狀態。
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    他認為,第二次量子技術革命真的來了。薛其坤介紹,資訊時代的關鍵核心技術,如電晶體、雷射、硬碟、GPS等,都是通過人事量子規律發展起來的,是量子物理的被動應用。量子物理科學發展,觸發了第一次量子技術革命。
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    近一百年來,科學技術取得了飛速發展,物理學的各個分支,也獲得了矚目的成就;但是我們仔細思考會發現,自從上世紀初的物理學革命以來,我們的基礎物理學並沒有取得重大突破。在上世紀,量子力學和相對論的出現,對經典物理學進行了一次革命,但是這次革命是不徹底的,直到一百年後的今年,還留下很多問題有待解決。在微觀領域,量子力學能解釋部分超導現象,標準模型基本完成了粒子物理的統一,楊-米爾斯理論統一了強力、弱力和電磁力。
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    比如量子計算機、量子密碼、量子傳感等,不僅其原理是量子力學,器件本身也具備了疊加、糾纏、非局域性、不可克隆性等量子世界特性,突破了經典技術的物理極限,找到了新的研究方向。量子信息技術的誕生稱為第二次量子革命。量子科技是目前最前沿的科技之一,它正走出實驗室,在各個領域實現前所未有的跨越式發展。甚至有人預言,就像蒸汽機、電力和計算機一樣,量子技術將成為第四次技術革命的標誌。
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    可以由著名的「薛丁格的貓」來理解——箱子裡有一隻貓,在宏觀世界中它要麼是活的,要麼是死的,但在量子世界中,它可以同時處於生和死兩種狀態的疊加。      將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在概率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。
  • 不懂量子也不懂計算機,那麼,你能理解量子計算機嗎?
    當對象微小到了量子級別,它的狀態會被觀測徹底破壞。(順便一說,「一觸即潰」的效應被用於量子通信。用量子來承載密碼,可以做到有人竊聽這個密碼信號,一定會被發覺。)這就叫「測不準原理」。「在傳統計算機裡,一個高電壓疊加另一個高電壓,仍然是一個高電壓;量子比特的疊加則不同。」韓正甫說。量子比特存儲的是一個矢量,就好像一個時鐘,時針對應著概率。時針可以指向零點(量子比特讀數100%是0),或指向三點(讀數100%是1)。
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  • 量子躍遷:障礙依然存在,但計算機革命即將來臨
    絕佳的時機  摩爾定律已經推動了計算機行業50多年的發展,但它似乎終於失去了動力,量子計算機可以開啟一個計算能力發展的新時代。  這是我們迫切需要的。物聯網有望使網絡變得更加複雜,這樣一來我們就需要全新的網絡管理方法,這是一項非常適合量子技術的任務。此外,物聯網數據的爆炸性增長,需要新的分析方法來進行分析這一切。
  • 量子計算機可以做什麼?
    現有的加密方法是基於那些用普通計算機無法快速解決的數學問題設計的,但是量子計算機可以輕易攻破這種加密方法。那麼量子計算機還有哪些明顯強於普通計算機的技能?雖然為了回答這個問題我們進行了很多理論方面的準備,但是這個問題仍舊很棘手。RSA算法,一種廣泛被用於保護信息安全的算法,它利用計算機都很難快速完成的因數分解來進行加密。
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