薛丁格的貓發威:量子計算機和量子軟體成高科技新增長點

2020-12-06 局座召忠

文/夕揚

近日,微軟聯合谷歌推出在線付費課程,教授編寫簡單的量子算法和代碼。這是繼兩年前微軟推出量子開發套件在量子計算領域的再發力,不難看出微軟的野心:建立量子作業系統和量子軟體標準,搶佔和收割全球用戶。

量子力學大家可能都聽說過,比如薛丁格的貓,只有打開盒子才知道貓是死是活,而量子計算機不同於經典計算機之處就是同時包含0跟1。我們都知道現在的計算機是二進位0和1,而量子計算機它的存儲數據的對象是量子比特、是使用量子邏輯和算法來進行操作的,可以實現疊加態,同時包含0跟1。

(來源:betterexplained)

量子計算機有一個最大的優點——快,現在我們有超級計算機,但是如果跟量子計算機比,就好像200年前的古人計算圓周率跟我們現在用超級計算機計算差不多。

普通計算機存儲對象是比特,假如有N個物理比特那只能存儲2^N的其中一個,如果是量子存儲器,同時就可以存儲2^N,隨著N的增加,存儲能力也將是指數級增加,一個250量子比特的存儲器可存儲2^250,這要比宇宙中全部原子數目還多。

假裝看懂

(來源:qoqms)

這就意味著速度也是2^N,足夠快,量變就會發生質變,量子計算將顛覆很多行業,電信和網絡安全到先進位造、金融、醫藥等,無窮無盡的數據需要超級計算機幾百年才能算出來,而量子計算機只需要幾秒、幾分鐘。

量子計算是一場革命,有人可能認為離我們的生活太遙遠了,這些東西到底有什麼用?

量子計算機目前的主流聲音是應用在分子材料解析、基因組研究、人工智慧……等幾個足以讓行業顛覆的方面。

在網絡安全方面更不用說,通過量子加密技術可以讓數據免受黑客攻擊,普通的密碼在量子計算機上根本無所遁形;

如果用於金融分析,上千上萬的資產具有相互關聯性,如金融行業內的蒙特卡洛模擬是一種對風險的概率模擬,傳統計算機只能運行一個投資組合,而量子計算機可以同時執行這些操作;

在化學方面,分子的解析和重組將會讓以前的許多不可能變成可能,如植物根部的固氮酶分子就超出我們超級計算機的模擬能力,但是量子計算機可以做到。

還有火熱的人工智慧,量子機器可以深度學習,如可以讓人形機器人在不可預知的情況下做出最優決策,人工智慧變得更加有「智」慧。

其實時間如果追溯到人類第一臺電子計算機埃尼阿克之前,當時的人無非是覺得算的快了點,效率高了點,用這個計算機的計算速度能頂普通人五六天的計算速度,當時肯定也有人說這將是一場革命,可是對於普羅大眾來說無非就是一個茶餘飯後的談資,我們總是被時代拖著前進。

距離量子計算機進入商用世界還有多遠?還遠得很!

量子計算機可能比較晦澀難懂,不如正在流行的5G革命,但是5G與這種能夠改變人類命運未來的科技相比就遜色了不是一分半點。現在提及量子技術都說是量子霸權,這是各國政府和世界高科技公司都在努力的方向。

雖然IBM公司今年宣稱並展示了世界首臺商用量子計算一體機,但是聽聽就好了,個頭數十平米、算力甚至比不上經典計算機,價格還賊貴,這個第一也是有爭議的,因為「劍走偏鋒」的D-Wave公司2011年就推出了可售賣的量子計算一體機。

IBM公司首次推出Q System One量子計算機系統

(來源:interestingengineering)

全球頂級科技公司在數年前就已經在量子領域布局了,因為谷歌提出:50量子比特計算機可以展現出量子霸權,所以50量子比特成為一個標誌性的數字,不過2017年IBM公司就搞了一臺20量子比特計算機還聲稱成功測試了一個50量子比特的電路,谷歌自己2018年還弄了一個72量子比特的晶片,至於這個量子比特的有效性是怎麼界定的?咱也不敢問,咱也不敢說。

谷歌、微軟、IBM等公司喊得特別響,甚至有公司說要在2019年底搞出128量子比特,反正吹牛不上稅還能拉升自己的股票,何樂而不為呢?

D-Wave公司的量子計算系統,這家公司比較有爭議

(來源:D-Wave)

而谷歌和微軟這種公司為什麼願意開放量子計算設備呢?江山代有才人出,加大出現足以領導量子變革人才的概率,建立一個量子計算機開發者的社群,這樣一股力量將會有很強的創新和解決問題的能力。

這個行業的專家們認為,到2030年量子計算機就會超過傳統計算機,還總結出來跟「摩爾定律」類似的「羅斯定律」,意味著量子計算機的發展速度已經非常快了。

你們肯定想知道,我國的在量子領域的水平如何?量子通信領域的研究成果現居世界領先地位,量子計算方面也屬於前沿批次。尤其是2017年的時候我國研究團隊同時實現了10個光子比特和10個超導量子比特的糾纏,刷新了世界紀錄。

量子時代雖然還處於萌芽階段,但毫無疑問,終究會到來,現在是重新洗牌的過程,微軟和英特爾聯手通過晶片和作業系統主導全球信息產業已達30多年,如今在量子領域跑馬圈地再想稱霸,送他們一個字:「get out」!

相關焦點

  • 薛丁格的貓發威:量子計算機和量子軟體成高科技新增長點
    導讀:薛丁格的貓發威:量子計算機和量子軟體成高科技新增長點各位點開這篇文章的朋友們,想必都是很高的顏值吧,我們真的是很有緣哦,小編每天都會給大家帶來不一樣的科技資訊,如果對小編的文章或者其他的什麼,有什麼一些意見的話歡迎在下方積極評論哦,小編每條都會認真看的。那麼本期的內容是:薛丁格的貓發威:量子計算機和量子軟體成高科技新增長點!那麼我們就來看看吧!
  • 操控量子:拯救薛丁格的貓
    那首先讓我們快速回顧一下薛丁格的貓:物理學家埃爾溫·薛丁格做了一個思維實驗——著名的「盒子裡的貓」(cat-in-a-box),把一隻貓,同放射性衰變源、蓋革計數器和密封的毒瓶一起,放在一個封閉的盒子裡。如果蓋革計數器檢測到單個原子的放射性衰變,它就會粉碎毒瓶,殺死貓。
  • 量子計算新進展:薛丁格糾錯貓
    貓的概念引入量子計算機,將可以解決量子計算機複雜糾錯問題。傳統計算機信息單位是比特,只有0或1兩個狀態。在計算過程中,唯一出錯的可能性是出現所謂的「數位翻轉」,即0不慎變成1,或是相反的情況。傳統計算機通過使用三個冗餘的物理數位實現糾錯,即用三個數位存一個信息,保證其中一個是正確的,也稱為「有效比特」。量子計算機的基本單位是量子比特,具有0、1以及量子疊加態。
  • 新研究打破傳統量子理論認知,薛丁格貓可以死而復活?
    耶魯大學的新研究稱捕捉到量子躍遷狀態即將發生的時間點,如果即時行動,或許可以避免「薛丁格貓」出現死亡的結果。這份研究看起來完全打破了傳統量子理論的認知。薛丁格貓處於一種又活又死的疊加態的示意圖。「薛丁格貓」(Schrodinger’s cat)是一個用於描述量子疊加狀態的著名思想實驗。把一隻貓、一個裝有氰化氫毒氣的玻璃瓶和放射性物質放進封閉的盒子裡。當盒子內的監控器偵測到衰變粒子時,就會打破玻璃瓶釋放毒氣殺死這隻貓。根據量子力學的哥本哈根詮釋,在盒子打開之前,貓處於一種又活又死的疊加態。
  • 20超導量子比特薛丁格貓態製備獲進展
    薛丁格貓(態)來源於量子力學奠基人之一薛丁格所提出的一個著名假想實驗,設想微觀粒子態, |0〉,|1〉,和宏觀生命狀態貓的死和活相關聯,形成相干疊加的量子態形式,|0〉|貓活〉+|1〉|貓死〉,則該只貓既不是死也不是活;同時,薛丁格貓態也和愛因斯坦-波多爾斯基-羅森(EPR)對的量子糾纏態有相似的形式,|00〉+|11〉,只不過愛因斯坦-波多爾斯基-羅森對一般指空間分離的兩個微觀粒子
  • 「薛丁格的貓」
    薛丁格的貓這個詞常常被網友們來拿說,但是其具體意思卻沒多少人去深究,歸根結底,薛丁格的貓還是比較費解的。薛丁格的貓是量子物理學的一個理論,大致意思是說當沒有人能看到盒子裡面的一隻50%概率死掉情況下的貓時,這隻貓既可以是活的,也可以是死的,叫做「量子疊加態」,也可以說是「薛丁格貓態」。
  • 量子力學、薛丁格的貓與平行宇宙
            因為平行宇宙的理論基礎是量子力學和薛丁格的貓實驗,所以如果要談及平行宇宙的概念,我們還必須先從量子力學和薛丁格的貓說起。        量子力學是上個世紀產生的物理學的重要分枝。它和相對論被稱為物理學的兩座理論大廈。
  • 再揭量子真相:薛丁格的貓,到底在說什麼?
    本號前面文章《為什麼說量子通信是一個科學騙局?》《為什麼說量子計算機是科學界的又一騙局?》中指出,在中國,量子已經成為一種騙局的代名詞,帶頭行騙的,不是傳統意義上的無良商家,而是某些鼎鼎有名的所謂科學家。有人該說了:你真是大放厥詞,學過《量子力學》嗎?在《科學》雜誌上發表過文章嗎?第一個問題,我學過《量子力學》嗎?
  • 薛丁格的貓有救了:物理學家通過新方法預測量子躍遷
    著名的「薛丁格的貓」是量子疊加性和不可預測性的象徵,而耶魯大學的研究人員找到了一種能夠「捕獲」和「拯救」這隻「貓」的方法,通過預測其跳躍動作採取實時行動,從而將其從厄運中拯救出來。在研究過程中,他們推翻了量子物理學界多年來的基柱性教條。
  • 怎樣了解量子?或許你要先解開薛丁格貓的生死之謎……
    薛丁格的貓是物理學的四大神獸之一,並非是指某種動物,而是一種思維實驗。而對於經典的薛丁格的貓思維實驗,現在已經成為了量子力學的代名詞,究竟薛丁格的貓是生是死?和量子之前又有怎樣的聯繫呢?出品:"SELF格致論道講壇"公眾號(ID:SELFtalks)以下內容為科普作家、《上帝擲骰子嗎?
  • 科學家預測量子跳躍,將使量子計算機成為可能
    薛丁格的貓,活得很好1935年,物理學家薛丁格編造了一個思想實驗來說明一對奇怪的量子物理現象: 疊加和不可預測性。這個實驗被稱為薛丁格的貓,80多年來,它一直是量子物理學的基石。但是在一項新發表的研究中,耶魯大學科學家團隊基本上摧毀了實驗中心的前提 - 開創性的工作最終可以讓研究人員開發出有用的量子計算機。薛丁格的貓可能是從未生活過的最著名的貓科動物。或者從未死過。
  • 量子疊加量子隧穿論薛丁格的貓是如何修真成不死不活之身的
    世紀之前,我們重複第一個實驗並重新推理,西方部分物理工作者認為光是一種獨立物質,他們分不清光源,光子,光波,出於好奇,實驗物理派做了一個實驗,發現了光速和光源的運動慣性無關,薛丁格的貓正是此時悄悄潛伏在了人類社會。
  • 尋找薛丁格的貓:量子物理的奇異世界
    薛丁格這隻離奇的、著名的「貓」從何而來? 探索科學離奇的佯謬, 感受物理學裡迷人的量子世界。量子力學入門必備 科學又有趣的量子物理發展史    《尋找薛丁格的貓》是一本跨越量子力學、物理學及哲學等多學科的科普圖書。
  • 量子糾纏和量子測量!中國量子計算機首次亮相,民營企業再立大功
    D-Wave也表示具有2048量子位的D-Wave2000Q型量子計算機也將在今年和大家見面。而永達電子的薛丁格計算機則是擺脫了谷歌只能回答指定問題的困境,更多是一種彈性的邏輯量子比特位,量子測量誤差基本是趨於零。值得一提的是薛丁格計算機在量子節點交叉通訊(含量子糾纏)速度上也達到了光速程度。其實量子計算機還是有著很長的路需要走的,量子霸權是量子計算機中更先進的狀態。
  • 量子計算機的工作原理
    量子計算機是目前網上當紅的概念,它是一種超級計算機,不但能依靠量子計算和存儲數據,還能非常充分地利用量子的不確定性原理,它比傳統的計算機表現得好得多。你現在正在用的矽基微型計算機(電腦或者手機)依賴於將數據編碼成0或1的晶片。
  • 成功地將20個量子比特糾纏,量子計算機將迎來重大飛躍!
    薛丁格貓無論是死的還是活的,左旋還是右旋——在量子世界中,粒子就像著名的薛丁格貓類比一樣,都可以同時存在。現在一個國際研究團隊,包括來自幾所頂尖大學的科學家,以及來自Forschungszentrum Julich的科學家,已經成功地將20個糾纏量子比特轉換成這種疊加狀態。
  • 「薛丁格的貓」到底是用來幹嘛的?它和量子力學有什麼關係?
    量子力學為什麼會有這麼多「梗」?一直以來都有民間都有一種說法:「遇事不決,量子力學」,量子力學其實是讓一般人誤解最深的一個科學理論。關於量子力學其實還有很多「梗」,比如:薛丁格的貓,上帝不擲骰子等等。那麼問題就來了,為什麼關於量子力學會有這麼多的「梗」?比如:薛丁格的貓?今天,我們就來詳細的說一說。
  • 量子計算機和薛丁格的貓有什麼關係 | 諾貝爾物理學獎獲得者David·Wineland(下)——周末講壇
    我們現在來看一下薛丁格波動力學的幹涉,根據薛丁格的理論,會得到這樣一個結果,假設(理論)一切完美,那麼原則上可以製作一個非常大的疊加態,而薛丁格認為如果可以這樣的話,量子力學就有些不對的地方,他為了表示自己對理論的擔憂和不滿提出一個理論,原則上可以寫出這樣一種狀態的量子力學方程,然後他假設,有一個跟外界幹涉隔離的箱子被封起來,箱子裡面這個地方有一個放射性粒子,還有一隻貓。
  • 量子比特:一隻又死又活、不死不活的薛丁格貓
    比特是信息的基本單位,是數字通訊數字計算機中的主角。我們現在所經歷的信息革命,如手機、微信、WiFi、電視等等,就靠它了。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201903/398750.htm  量子比特是量子信息的基本單元,是量子通訊量子計算中的主角。它的量子性質造就了量子通訊和量子計算的神奇。
  • IBM 的量子計算機一鳴驚人,國內量子技術技術有多強?
    量子計算機到底是什麼如果有人問量子計算科學家:「量子計算機的秘密是什麼?」「為什麼量子計算機可以加速計算?」我認為答案是這樣的:因為量子位元不僅代表某種狀態,而且代表狀態的概率疊加。比如著名的薛丁格貓,它實際上是一隻活貓和一隻死貓的疊加。