量子計算機真相揭秘，十分鐘顛覆你的認知！

你看過三體嗎 在劉慈欣筆下 三體人用一種叫做質子的黑科技 干擾了人類的實驗 從而鎖死了人類的技術 而在現實世界 一把無形的鎖 其實也悄然逼近了我們 它就是芯片 隨着工科機與芯片的發展 計算機的算力也在不斷獲得着提升 可芯片終究不是 撞子口中日去七半 萬事不潔的木錘 等芯片尺寸抵達基點後 我們的算力是不是被鎖死了 沒有更高的算力 我們的技術是不是也被鎖死了 在三體中 打破質子封鎖的是面壁者的計謀 那在現實中 我們要如何打破這無形的質子呢 或許量子計算機就是答案 那量子計算機究竟是什麼東西 它又是如何幫人類突破算力限制的 它的工作原理又是怎麼樣的 且聽我給你慢慢道來 在探究量子計算機的意義之前 我們不妨先來看看 傳統計算機的工作原理 這樣我們就能在對比中 更直觀地瞭解 量子計算機的重要性 傳統的計算機 是由無數的晶體管構成 這些晶體管在接收到信號後 會進行關和開這兩個操作 以此來表達0和1 一組0到1被稱爲1比特 是計算機中的最小單位 有了比特 我們就能用二進制來表達所有信息 比如3是011 4是100 大寫4麼A是這個 當然 一進三連這四個漢字 也能用二進制表達出來 無數這樣的晶體管組合在一起 就構成了電路 而大量的電路聚集在一起 就形成了芯片 晶體管越多 芯片的運算速度就越快 算力也就越強 我們爲何需要算力呢 因爲傳統計算機 有個根本性的問題 不管晶體管的尺寸有多小 精度有多高 在同一個時刻 一個晶體管只能表達出一個狀態 簡單來說 當它表達開 也就是1的時候 它不能表達關 也就是0 就像一臺電燈 它只會出現點亮和熄滅這兩個狀態 不會有第三種情況 受制於這種情況 傳統計算機每次計算 都只能得到一個結果 你讓它算1加1的時候 它就沒法同時算出1加2 1加3的 因此 當面對特別複雜 特別龐大的計算量時 傳統計算機只能加快自己的運算速度 或是用多個計算設備同時進行運算 這就是當今芯片瘋狂卷精度的原因 歸根結底 是因爲傳統計算機除了堆積算力 沒有其他的辦法 但如今傳統計算機的算力 能滿足人類的需求了嗎 並不能 我們舉個最簡單的例子 在進行質因式分解時 傳統計算機可以輕易地 把21分成3乘以7 把81分成9乘以9 可如果你讓傳統計算機 去分解一個300微的大數 它可能需要15萬年才能完成工作 而在科學研究中 我們有時需要進行 比分解300微大數複雜的運算 這時 傳統計算機的算力 就顯得有些捉襟見肘了 解決問題的希望 就落在了量子計算機身上 量子計算機能用自己獨特的原理 擺平傳統計算機搞不定的大麻煩 不同於傳統計算機 量子計算機內部沒有晶體管 而是用特殊方法 緊箍住了一個個微觀歷史 用這些時刻變化 不停活動的微觀歷史當作零件 構成量子計算機的最基本單元 也不是隻能表達0和1的比特 而是表達能力更強的量子比特 Q比特 得益於微觀歷史的物理特性 Q比特的表達範圍 雖然依舊在0和1之間 但它除了能表達這兩個數外 還能表達出如0.5這裏位於 0和1中間任意的數 打個比方 這就像我們在趕路時彙報自己的位置 傳統計算機的比特只能告訴你 我是否出門了 和我是否到了 而量子比特卻能向你彙報 我具體到哪了 還有多久才能到 怎麼樣 是不是覺得量子比特 能表達的信息豐富多了 那這麼豐富的信息有何意義呢 答案是 量子計算機可以同時計算東西變多了 我們取兩個比特和兩個量子比特 進行一下對比 兩個比特可以表達信息由 00 01 10和11 但它們同一時間只能表達一個 想要表達四組信息 它們要工作四次 而量子比特可以同時完成這四次表達 相當於比傳統計算機的運算速度快了四倍 你以爲量子計算機就這點能耐了 不不不 這還只是在只有兩個量子比特的情況下 倘若有三個 量子計算機能同時表達結果 就是2的三次方 八個比傳統計算機快了八倍 四個量子比特呢 就能同時表達2的四次方 也就是16個不同的信息 倘若把量子比特的數量擴充的足夠大 一次運算就能獲得巨量的數據 當有300個量子比特同時工作時 它們能同時得到的信息數量 就是2的三百次方 這個數是很誇張的 比宇宙中所有的原子總和的數還要多 這不比死磕心滅筋都像多了 當然 量子計算機也不是萬能的 由於它表達的結果過於豐富 因此每次運算時 會產生大量我們不需要的結果 這時我們就要用特殊的量子電路 去篩選我們需要的結果 量子電路會根據計算機中Q比特的特性 比如微觀粒子的次旋方向 偏振角度 能級 位置 原子和數量等參數 對Q比特進行有針對性的篩選 從茫茫多的計算結果中 選出我們需要的那個 因此 量子計算機並不能像傳統計算機那樣 就極強的泛用性和通用性 而是專用計算機 舉個例子 如果我們要研究可控核聚變 需要計算可控核聚變的某個重要參數 這個參數的運算量又非常大 需要傳統計算機好事上萬年 我們就可以製造一臺 針對這個參數的量子計算機 沒準投入使用當天 它就能把正確的答案呈現在我們面前 但這也是它唯一的作用了 倘若 我們再拿這臺計算機 去計算常溫超導的參數 它就會算得一塌糊塗 根本無法勝任工作 換言之 每臺量子計算機 在某種意義上都是一次性產品 它們只能去處理某個特定的任務 任務完成了 它們就成了廢品 不像傳統計算機那樣 有着極強的泛用性 同時 量子計算機的保存條件也極爲苛刻 量子計算機內部的量子芯片 對製作工藝的要求不高 可它對運行環境卻非常挑剔 溫度 震動 噪音 電磁波 甚至光線 都會影響量子芯片的狀態 得同時控制好這些變量 才能讓量子計算機正常運行 其維護成本比傳統計算機高太多了 因此 在可以預見的未來裏 我們用量子計算機打遊戲刷視頻 是不太可能了 不過 量子計算機卻能幫我們研究出更好的材料 從而製造出性能更優秀的傳統計算機 其實 量子計算機和傳統計算機 它們的存在從來都不是對立的 二者相輔相成 量子計算機能幫助傳統計算機突破算力桎梏 傳統計算機則可以幫量子計算機提高泛用性 如果只有傳統計算機 我們就無法搞定那些過於龐大的計算 如果只有量子計算機 過高的製造與維護成本 同樣會讓科研寸步難行 只有它們合作 我們才能更好的 扣開通往星辰大海的門 其實 同樣的道理放在我們人類之間 又何嘗不是如此的 只有我們團結一致 精誠合作 才能走向更好的未來 而不是在互相制約中走向毀滅 各位觀衆老爺 你們覺得呢