电脑_ 从传统跨入量子，计算机的改变会带来什么？

我是弓长康

这是科学技术迅速发展的时代。 从高级别的5G、AI到低级别的应用程序，例如云服务、电视网络，人的能力不断发展。

要注意的是，这些技术都是基于计算机的。 这个基础已经成为瓶颈。

1965年，英特尔的共同创始人戈登摩尔观察过。 自1958年晶体管发明以来，微芯片上每平方英寸的晶体管数每年倍增，同时成本减半。 这个观察结果被称为摩尔定律。 摩尔定律具有重要的意义。 那是因为随着时间的推移，计算机变小，计算能力变强，计算速度变快。 但是，迄今为止，发现摩尔定律无效，传统计算机的进步速度逐渐放缓和停滞。 Intel等电脑制造商也表示，以晶体管为基础的计算已接近「结束」。

在这种情况下，为了受益于计算能力的指数增长，需要找到完全不同的信息处理方法，即量化计算。

谷歌在英国《自然》杂志发表的论文中指出，量子霸权(指美国理论物理学家约翰·普雷斯科尔于2012年提出的量子计算机能够实现一些古典计算机无法解决的计算)，超过了可编程量子计算机中最快的古典超级计算机。 这个量子系统大约需要200秒才能完成古典计算机大约需要10000年。

量子计算机是什么？

一般来说，我们现在使用的笔记本电脑、台式电脑、从手机到超级计算机的CPU以晶体管的0/1二进制状态存储、运算数据，但其差只有晶体管数和运算频率。 量子计算机不使用晶体管或经典位。 相反，使用量子比特。 量化位是具有0到1之间的任意值或两者的值作为在量化计算机处理信息的基本单元的属性。 量子计算机还取决于自然产生的量子力学现象，或者是两种重要的物质状态，即重叠和纠缠。 这两种状态用于计算目的，能加速我们的巨大计算能力。

也就是说，在同一计算任务中，量子计算机比古典计算机具有显着的加速度。

目前，量子计算主要有三种类型。 每种类型的差异在于实现所需量化比特的数目、可能的应用的数目及业务可行性所需的时间。

一是量子退火，是解决优化问题的最佳选择，也是量子计算中功能最弱、应用范围最窄的形式。

例如，大众汽车最近进行了优化北京拥挤交通量的量子实验。 该实验与谷歌和D-Wave Systems合作进行。 大众汽车称，该算法通过为每辆车选择理想的路径，成功缓解了交通压力。

显然传统的计算机要花几千年时间计算出这个问题的最佳解决方案是不可能的。 理论上，随着每量化计算机的量化比特的数目的增加，量化计算机能够在几小时内完成该过程。

第二部分是量子模拟。 量子模拟探索量子物理学中超出传统计算系统能力的特定问题。

例如，量子模拟器可用于模拟蛋白质折叠。 由于错误折叠的蛋白质会引起老年痴呆症和帕金森病等疾病，因此测试新疗法的研究人员必须使用随机计算机模型了解哪些药物会引起蛋白质的反应。

但是，对某些蛋白质可能的所有药物诱导效应依次取样找到正确的折叠结构可能需要比宇宙年龄长的时间。 只有量子模拟，结果可能很快出现。

第三部分是通用量子计算。 将来，我们也许可以制作通用量子计算机。 其基本思想是，指导机器进行多么复杂的计算，很快就能得到解决办法。 这包括求解上述退火方程式和模拟量化现象。

通用量子计算机能彻底改变人工智能的领域。 用量子计算机训练人工智能可以提高计算机的视觉、模式识别、语音识别、机器翻译性能等。 此时，诸如云服务、电视网之类的服务可以获得过渡突破。

从大型布局和参与研究的机构来看，量子计算无疑是各国关注的重大科学技术之一。 英特尔的量子硬件负责人吉姆·克拉克也说:“量子可能是今后100年的计算技术。 这就像宇宙竞争，在世代之间出现过一次”。 目前，谷歌、IBM、微软、英特尔、华为、阿里巴巴等全球高新技术企业已投入了大量研究力量。 在未来社会，量子计算的概率取代了传统的计算地位，给我们人类带来更强的科学技术推动力。