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量子计算机最大的优势在于大幅缩短提取用户所需信息的时间,它可以在几天内解决传统计算机会花费数百万年才能处理的数据,因此未来的应用前景十分令人神往.
2011年5月11日,加拿大D-Wave公司发布了号称“全球第一款商用型量子计算机”的D-Wave One,神奇莫测的量子计算至此从幕后走到了台前,成为业界热议的话题.
2015年12月,谷歌量子人工智能实验室宣布：在两次测试中,量子计算机D-Wave2X的运行速度比传统模拟装置计算机芯片运行速度快1亿倍.
经过与传统计算机的比较,谷歌称已证明其量子计算机确实可执行数学计算.
谷歌工程技术主管哈特马特·纳文表示：“这是一个值得我们欢欣鼓舞的结果,不过要将量子计算机带入我们的日常生活,技术人员们要做的工作还有很多.”
2016年5月,IBM则推出了5比特位的量子计算机平台Quantum Experience,使用者可以将计算需求发送到这个位于云端的平台上,随后,该需求会被转发到一台量子处理器上,它被放置于美国纽约州的IBM T.J.Watson研究院中—这意味着,任何人都可以通过平台间接操作量子计算机里的原子做运算.
2016年8月出版的英国《自然》杂志在封面位置报告了一项量子计算机重大进展：一种小型可编程重新配置的量子计算机问世,这个也可称为量子计算机结构的装置有望被放大为规模更大的计算机.而长期以来,量子计算的这一特性一直难以实现.
那么量子计算机到底为何物呢?让我们一起走近量子计算机,揭开它神秘的面纱.
让计算速度“飞”起来
正如电影《异次元骇客》中演绎的那般,在科技发达的时代,科学家们可以通过强大的计算机虚拟出一个城市,虚拟城市中的科学家又虚拟出一个城市.不管是第一层虚拟还是第二层虚拟,其中的人类都生活得怡然自得,他们有思想、有感觉.没有人去怀疑世界的真实性,他们完全不知道自己是个人工智能.
事实上,完成如此巨大模拟并不是一件容易的事情.一个人类个体本身所具有的全部特点、微小的变化以及本身细胞之间的各种间接的作用联系,还有环境、温度、大气变化等都将是一个难以估量的庞大数据,通用计算机将很难实现完全模拟,这就需要量子计算机来完成.
据蝌蚪五线谱的文章称,人们研究量子计算机最初很重要的一个出发点是探索通用计算机的计算极限.早在1982年,颇有远见的美国著名物理物学家理查德·费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法.1985年,英国物理学家大卫·杜斯提出了量子图灵机模型.理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少,于是量子计算机的概念诞生了.
目前,我们所有的计算机体系都是基于冯诺依曼式的组织结构,其运行速度的增长已经明显放缓,对大规模数据的分析计算效率也很难再提高.量子计算的提出,则旨在专门为复杂问题的求解设计一种全新的计算机体系,即所谓的量子计算机.
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置.当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机.
谷歌宣布D-Wave量子计算机在解决问题时能够比其他任何计算机都快出1亿倍,并且能够极大地推动人工智能的进步.据悉,谷歌宣布的重要佐证就是“量子退火”算法.这种算法确定了当面临一系列潜在解决方案时一个特定函数的全局极小值,即在给定一系列选项时,它能够确定完成一个任务所需的最优解决方案.谷歌对D-Wave计算机的量子计算法与传统计算机上模拟量子隧道效应的算法进行了比较,量子计算机再次获得了完胜.
基于量子计算的机器,由于体系结构发生了变化,将采用全新的算法,这使得大规模数据的计算与存储不再成为难题.业界人士认为,量子计算机的巨大突破将为云计算和大数据处理乃至整个计算机科学领域带来一场变革.
并行计算是最大优势
其实,量子计算机的计算原理和薛定谔的猫是一样的,利用的都是“量子叠加态”.这意味着计算机能同时尝试所有可能的解,以远超传统计算机的速度进行复杂的计算.
按照传统算法,当用户需要提取某一个词组信息或者需要解决一个问题时,计算机要先把所有可能性列举出来并验证一遍才能得到正确的信息,而量子计算机能够直接计算并提取出相应信息.这种计算称为量子并行计算,也是量子计算机最重要的优越性.
量子计算的神奇之处在于,它可以做到真正的并行计算与存储.例如,一个数位的经典存储器可以存储两个数字（0或者1）,但在某一时刻这个数字要么是0要么是1；而对于量子比特存储器来说,在同一时刻,它可以同时存储0和1,其存储和运行能力都成指数上升,一个250量子比特的存储器可以存储的数字比我们已知宇宙所有的原子数还多.
想象一下,你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个字母“X”,这几乎是不可能的,因为那里有5000万册书.但是如果你处于5000万个平行现实中,每个现实都可以查看不同的书籍,你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”.在这个假设中,普通计算机就是像疯子一样的那个你,需要5分钟内找遍尽可能多的书.而量子计算机却能将你复制出5000万个,每个只需翻找一本书即可.
这是量子计算机公司D-Wave联合创始人埃里克·勒迪辛斯基对其应用前景的解释.谷歌和NASA联合研究的量子计算机,其实就是从这个公司购买的.2013年,谷歌从D-Wave系统公司购买了一台量子计算机,并与NASA共同开展量子计算机的研究项目.D-Wave系统公司自2007年推出首台量子计算机开始就备受争议.一些学者认为由于量子形态并不稳定,量子计算机只是在理论层面可行.然而这次,谷歌和NASA一同证实了量子计算机的可操作性.
量子计算机论文参考资料：
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