量子加密的前世今生(三):量子计算
作者:星期六, 十月 12, 20190

       谷歌号称实现“量子霸权”

美国谷歌公司研究人员近日在美国国家航空航天局(NASA)官网上发表论文,称其所研究的量子计算机仅需3分20秒就可完成目前全球最快超级计算机 “顶点”需一万年才能完成的计算。

虽然这篇文章随后被撤下,但已然掀起了轩然大波,成为科学领域的一个重大新闻,预言中的量子霸权(quantum supremacy)近在咫尺,终将到来。

量子计算为何“天生神力”

为什么量子计算能带来如此巨大的飞跃?

这要从量子计算的原理说起。我们知道量子力学存在态叠加,而量子计算机使用可以处于多种叠加状态的量子位。

经典的电子计算机,是基于数字电路的通电和断电两种状态来实现运算的。对电路来说,这是两种确切的状态,不是0就是1,这也就是我们常说的比特。对于普通计算机的2个比特,在某一时间也只能处理4个二进制数(00、01、10、11)中的其中一个。以此类推。

而量子计算机由微观的量子来构成比特,由于量子存在叠加现象,一个量子比特(qubit)可以同时处于 0 和 1 两种状态。量子计算机中的2位量子比特就可同时处于4个二进制数(00、01、10、11)状态的叠加状态,这使得量子计算机可以并行处理数据。对于普通计算机需要一个具有16个比特的经典电路才能实现等效的计算能力。

由此,相对于经典计算机,量子计算机的能力是呈指数级的剧增。

在神奇的“叠加态”下,50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算,已经可以碾压全球最快超算的能力。

量子计算的时代正迎面而来

此次量子霸权的实验演示中,谷歌使用的是一款名为 Sycamore的量子计算机。这是一款 54 位的量子处理器,但其中有一个量子位无法达到标准,所以谷歌只使用了其中 53 个量子位执行采样计算任务。而去年谷歌就对外展示了一款拥有 73 个量子位的量子计算机。

量子计算从预言一步步走进现实,可以在经典计算机无法企及的领域大展拳脚,对基因测序和抗癌药物开发、气象精准预测、地外文明探索等领域,给我们的生活带来革命性的改变。


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