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不过,大部分朋友看完都只能留下一句话:“每个字我都认识但……”别担心,AI准备了一份小白友好的说明书。什么是量子计算机?量子计算机为什么厉害?量子霸权又是什么?你都能在这里找到看得懂的答案。
量子计算机是计算机吗?
是,但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,电脑通过电路的开和关进行计算,而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式。
我们日常用的电脑,不管是屏幕上的图像还是输入的汉字,这些信息在硬件电路里都会转换成1和0(在电路中则表达为“开”和“关”,再进行传输、运算与存储。正是因为这种0和1的“计算”过程,电脑才被称为“计算机”。
世界上第一台电子数字计算设备:阿塔纳索夫-贝瑞计算机WikimediaCommons
量子计算机则以量子的状态作为计算形式。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。
为什么量子计算机可以“超快”?
传统的数字电路只有0或1两种选择,量子计算机使用的粒子则能够同时处于多种状态。以光子为例,光除了亮与灭,其本身有着不同的偏振态,这种偏振态可以表示除了0与1之外的多组信息,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数据,称之为1个比特;量子计算机则可以一次处理1个“量子比特”,这不仅是0和1的状态,而是一种叠加态,可以简单认为这是包含了多个数据,从而使处理速度大大提升。
自然光在各个方向上振动(如2,通过“偏振片”(如3的过滤后,仅留下特定方向振动的“偏振光”(如4WikimediaCommons
超级计算机也以处理速度快而著称,但它与量子计算机不一样。超级计算机本质上还是以传统计算机二进制(0与1为基础的,运算速度依然受限于电路的性能,而量子计算机完全属于另一个体系。
量子计算机擅长解决什么问题?
正如上面所说的,量子计算机最大的特点就是计算速度快,太快了。举个例子,小学的时候都学过质因数分解,例如6可以分解为2和3两个质数;但如果数字很大,质因数分解就是一个很难的数学问题。1994年,为了分解一个129位的大数,科学家同时动用了1600台高端计算机,花了8个月的时间才分解成功;但量子计算机理论上只需1秒钟就可以破解。
大数质因数分解是许多安全系统的基础,基于此的加密算法——例如RSA算法,则可能会因为量子计算机的研制成功而被攻破。
量子计算机需要安装系统吗?
量子计算机本身就是一套“系统”,独立的光学组件提供了硬件,复杂的光路结构则决定了它的“算法”。例如,以光子作为量子比特的量子计算机,需要能够产生光子的单光子源,能够改变光子状态、完成“算法”的特定光路结构,还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测。
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