量子计算机还能改变世界?相较于传统计算机,它的厉害之处在哪里

2021-12-23 15:51:20 霹雳火军事
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图为量子计算机量子力学

近些年来可谓是大出风头,不管是科普作品还是娱乐的游戏和影视作品当中,总是出现量子力学的相关话题,以至于创造出了“遇事不决,量子力学”的调侃,这也让量子计算机这种新型计算机蒙上了一层神秘的面纱,有人甚至说它还能改变世界?相较于传统计算机,它的厉害之处在哪里?简单来说,如果有人能够制造出通用化的量子计算机,那么当今世界上所有的密码都会在极短的时间内被破解,这种计算机在特定领域的计算能力能够超越传统计算机数千万倍


图为量子计算机传统计算机

在计算时使用到的基本单位是电路当中的晶体管,这些单位起到的作用相当于一个小小的开关,通过开或者关的状态来表达1和0,这就是计算机领域最小的单位比特,为了提升芯片的计算能力,就要在面积不变的情况下缩小晶体管的大小,这样就能在一块同样大小的芯片内部塞进去更多晶体管,并且也有人成功做到了这一点,然而当芯片制程突破极限,达到数个纳米后,这块芯片不仅没有获得极强的运算能力,反而根本无法运用了。这就是因为在这样的原子尺度上,电子流难以得到可靠的控制,会不受控的跳到晶体管之外导致失效,这种效应被称之为量子隧穿,在量子领域内,传统物理学不再适用,因此利用其原理进行计算的传统计算机就会无法发挥作用,这时就需要研发量子计算机来进一步提升其运算能力。


图为量子计算机量子计算机

在运算过程当中用于储存信息的单位被称作量子比特,由于量子的叠加态特性,因此量子比特不仅可以表示0或者1,还可以同时表示0和1,这样一来在表达和计算相同信息时,量子计算机的量子比特利用率会更高,而这还不是最令人感到兴奋的特性,除此之外量子比特还具有另一个让人难以相信的特性,那就是其可以处于量子纠缠态,两个处于纠缠态的量子的其中一个发生变化,就会立刻反映在另一个与其相关的量子比特上,无论双方之间的距离有多远,因此只需要观测其中一个的状态,使用者就能立刻了解到另一个的状态。 因此在量子计算机的运算过程当中,可以使用量子门使其处于纠缠态,并设法操纵各个状态出现的可能性,这意味着量子计算机能够同时进行多组不同的运算,此外,国内科研人员自主研发的量子计算机九章的运算速度比谷歌的悬铃木快了超过100亿倍。


图为量子计算机

当然上述的量子计算机还只能在某些特定问题的运算上实现高速运行,距离真正的通用化还有一段漫长的研发之路要走不过可以保证的是,当量子计算机真正问世之时,世界必然因此发生极大的改变,而中国正在这一领域带头前进。

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