12月4日,《科学》杂志公布,中国研究团队构建的量子计算机“九章”,实现了对玻色采样问题的快速求解,其计算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍!
量子计算机刷屏全网
网友们都为之骄傲欣喜
但一打开文章
大部分朋友看完都只能留下一地问号:
“每个字我都认识但……”
“量子计算机为啥这么快?”
别担心!
这里有一份“小白”友好解疑书
深奥的话咱们通俗地说
(本文不涉及任何理论公式和学术探讨……
因为小编也不是专业的!)
0 1量子计算机是计算机吗?
首先,用一句话来概括什么是量子计算机:
量子计算机是一种使用量子力学的计算机,它能比普通计算机更高效地执行某些特定的计算。
所以说,量子计算机是一种计算机,但它不是简单的“进阶版”计算机。和我们现在所理解的“电脑”差别很大——两者的计算形式不一样。
举个例子??:
如果经典计算机是蜡烛,量子计算机就是电灯泡,二者都是为了发光,但是点亮方式不同、照亮范围也有区别。即使你不断改良蜡烛,也做不出来电灯泡。
目前的量子计算机使用的是如原子、离子、光子等物理系统,不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子,这次的“九章”使用的是光子。
02 量子计算机如何“超快”计算?
量子计算机的“庞大储存量”
首先来看一下,经典计算机与量子计算机的储存方式↓
经典计算机
用一系列的0和1来存储信息。0和1系列中的每个单位被称为比特,一比特可以被设置为0或1。
量子计算机
量子计算机用量子比特来存储信息。每个量子比特不仅能设置为1或0,还可以设置为1和0。
可以简单理解为,量子计算机每个单位储存的信息更多。
这究竟是什么意思呢?
举个例子??:
请你想一个1到10之间的数字,然后用一只手表示出来。一只手每一次只能表达一个数字。
这就是经典计算机存储数据的根本规律。只不过计算机比我们的手指头更快,但它的一个比特位,仍然只能存储一个二进制数。
但是,如果换成量子计算机,那表达数字的方式立即就被颠覆了。
再比如,一只手能表达出10个数字。但手伸出来之前,会表示哪个数字,是不确定的。
这正是量子计算机的存储单元——量子比特的存储方式。它储存的不是具体的数据,而是所有可能出现的数据的出现概率。
手在伸出之前都具有不确定性。但量子比特将所有可以用这只手表达的数字,全部都叠加在一起了。你只用了一只手,就存储10个不同的数字,每个数字出现的概率都是10%。
一只手能表达出的数字很有限,同时存储10个数字,算不上什么神奇的事情。但不断扩大,10只手、100只手,都能够全部叠加储存到量子比特中,这就是量子比特的威力所在。
量子计算机因而能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个比特;量子计算机则可以一次处理1个“量子比特”,从而使处理速度大大提升。
量子世界本质上是平行的
量子计算机不光有强大的储存能力,它的并行计算的能力也十分强大。就像在房间内开灯,光可以在一瞬间穿过墙壁上的所有缝隙。量子计算机能够进行高速并行的量子计算,就是这个原理。
举个例子??:
假设有一个黑盒子,左边伸出1000根电线头,右边也伸出1000根电线头,但其实只有1根电线是连通的,请问,你该如何找到这根连通的电线呢?
答案需要尝试1000×1000次,也就是要100万次才能找到答案。
但如果用量子计算机解决这个问题,就简单多了。
△量子计算机的实际操作过程
刚刚我们说过,量子比特的存储是所有可能的数字叠加在一起存储的。那么从1到1000,其实就只是一组量子比特而已。也就是说,只需要一次计算,量子计算机就同时把所有的可能都考虑进去了。它可以一次性地找到那根连通的电线。通过并行计算,实现了100万倍的效率提升。
这量子计算机到底怎么算,你看(mei)懂(kan)了(dong)吗?
03 为何“九章”如此重要?
“九章”的问世是我国在量子科技领域实现的又一飞跃,它的意义是多方面的。
首先是在计算机、IT和数学领域,如实现“量子计算优越性”,在某个特定问题上的计算能力远超现有最强的传统计算机。此外,它还可以通过量子计算机建立量子通信网络和量子互联网等。
其次,在实用性上,量子计算机有广阔的空间和范围,如密码破译、大数据优化、材料设计等,都可以获得量子计算机的支持,从而解决重大的国计民生问题,并产生巨大的经济价值。正如有科学家预言,量子计算机会被广泛使用,甚至每个人都可以使用。
同时,量子计算机的发展,会为人工智能加持,从而减少AI应用方面的错误,并创造出允许早期诊断问题的智能系统。
值得一提的是,它还与药物研发息息相关。如果运用量子计算机,只要其计算速度快过经典计算机100~1000倍,就有可能让筛选药物前期分子的效率提高到90%以上,费用也更为减少。不过,能否获得真正有效的药物分子,还要看后期的生物实验。
此外,量子计算机的快速运算还有平常却广泛的运用。例如,送货车如何选择最有效率的路线送货,可以借助量子计算机的帮助。这也绝非“大材小用”。
04 量子计算离实用还有多远?
对于量子计算机的研究,本领域内的国际同行公认有三个指标性的发展阶段:
第一阶段,对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解,实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。
第二阶段,研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机,用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题(如量子化学、新材料设计、优化算法等)。
第三阶段,研制可编程的通用量子计算原型机。
经典计算机从专用机发展到通用机,走过了几十年历程,现在的量子计算机就还处在最早期的专用机时代。就算是最快的“九章”,也只跨越了第一阶段。但不可否认,“九章”的问世是一个巨大的鼓舞,未来可期。
量子时代,你期待吗?
十九届五中全会明确指出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”,必须切实提高我国关键核心技术创新能力,把科技发展主动权牢牢掌握在自己手里。
近日,中国科学家成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。“量子计算优越性”,指的是作为新生事物的量子计算机,一旦在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机,就证明了量子计算机的优越性,跨过了未来在多方面超越传统计算机的门槛。
美媒称,史上第一次,一台利用光子构建的量子计算机的表现甚至超越了运算速度最快的经典超级计算机。去年,中科大团队曾演示14光子玻色取样——笔记本电脑很难完成该任务,但超级计算机却能轻易完成。
12月4日,包括光明日报在内的许多媒体报道了一个量子计算的大成果:中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。
(记者游仪)12月4日,中国科学技术大学宣布:该校潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法“高斯玻色取样”只需200秒。
奥地利科学院院长 美国科学院院士 安东 蔡林格:这项工作成果很重要,证明了基于光子的量子计算机也可能实现量子计算优越性。 中国科学院院士 中国科学技术大学教授 潘建伟:在我们的量子计算里面,第一个里程碑性的目标就是要来展示量子计算的优越性。
近日,一条特别的新闻引起大众关注:中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。经过多年积累与发展,我国在量子科技领域硕果累累,已经具备了在这一领域争雄的科技实力和创新能力。
美媒称,10月7日,白宫科学和技术政策办公室启用了国家量子协调办公室的官方网站,同时新发布了《量子前沿报告》。而另一方面,美国国防部高级研究项目局在验证有关量子密钥分发的概念方面一直走在前列。
记者从安徽省合肥市高新区获悉,国内首个超导量子计算云平台12日正式上线。据了解,本源量子在2017年推出了国内首个量子计算云平台,此次正式接入“悟源”超导量子计算机,为用户提供真实量子计算服务。
量子计算机的研制是近年来各国激烈竞争的科学和技术高地,在不同的实现路径中,我国科学家在超冷原子量子计算和模拟中取得了领先。” 自2010年开始,中国科大研究团队与德国海德堡大学合作,对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。