谷歌研究出了量子計算機，你相信嗎？
ice 近年來，各個國家的科技領域都在和量子計算機做斗爭，可是日前，谷歌公司公然放出消息，說他們已經(jīng)成功研究出了量子計算機。對于這一消息，各界人士持有不同的態(tài)度，有質(zhì)疑的，有相信的。對于谷歌這一研究，你相信嗎？
量子計算的基本原理
近年來，傳統(tǒng)計算機發(fā)展中已經(jīng)逐漸遭遇功耗墻、通信墻等一系列問題，傳統(tǒng)計算機的性能增長越來越困難。因此，探索全新物理原理的高性能計算技術的需求就應運而生。
量子計算是一種基于量子效應的新型計算方式。基本原理是以量子位作為信息編碼和存儲的基本單元，通過大量量子位的受控演化來完成計算任務。所謂量子位就是一個具有兩個量子態(tài)的物理系統(tǒng)，如光子的兩個偏振態(tài)、電子的兩個自旋態(tài)、離子（原子）的兩個能級等都可構成量子位的兩個狀態(tài)——晶體管只有開/關狀態(tài)，也就是要么是0狀態(tài)，要么是1狀態(tài)；而基于量子疊加性原理，一個量子位可以同時處于0狀態(tài)和1狀態(tài)，當量子系統(tǒng)的狀態(tài)變化時，疊加的各個狀態(tài)都可以發(fā)生變化。
舉例來說，因為1個量子位同時表示0和1兩個狀態(tài)，7個這樣的量子態(tài)就可以同時表示128個狀態(tài)。N個量子位可同時存儲2的N次方個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量隨N呈指數(shù)增長。同時，量子計算機操作一次等效于電子計算機要進行2的N次方次操作的效果……等于是一次演化相當于完成了2的N次方個數(shù)據(jù)的并行處理，這就是量子計算機相對于經(jīng)典計算機的優(yōu)勢。
量子計算機具有極大超越經(jīng)典計算機的超并行計算能力。例如，求一個300位數(shù)的質(zhì)因數(shù)，目前最好的經(jīng)典計算機可能需要上千年的時間來完成，而量子計算機原則上可以在很短的時間內(nèi)完成。因此，量子計算在核爆模擬、密碼破譯、材料和微納制造等領域具有突出優(yōu)勢，是新概念高性能計算領域公認的發(fā)展趨勢。
谷歌的D-Wave并非真正的量子計算機，而是量子退火機，算法和一般意義理解的加減乘除的算法是有區(qū)別的，一般的算法，比如求開方或求互質(zhì)是有標準的程序。而蒙特卡羅算法的一個關鍵步驟就是要形成一些隨機數(shù)，由隨機數(shù)去模擬。谷歌的D-Wave模擬了一個量子模型，經(jīng)過數(shù)值分析模擬出量子的勢場結構；其量子處理器由低溫超導體材料制成，利用了量子微觀客體之間的相互作用。因此，其體系是量子力學的。
而量子力學在微觀層面上和宏觀層面上是有區(qū)別的，它可以穿透一些勢壘結構，比如有一道高3米，厚0.1米的墻，要翻過去必須有矯健的身手。通過量子力學，會有一定概率的普通人可以直接穿墻。但在經(jīng)典層面上，用傳統(tǒng)計算機來模擬的話，就必須老老實實的去爬墻，而這就是谷歌宣稱快1億倍的原因所在。
換言之，谷歌的量子計算機只是針對特定環(huán)節(jié)，做特殊算法的計算機。谷歌的退火算法可以在特定的環(huán)節(jié)、特定的應用中超過傳統(tǒng)計算機，但并不具有普適性。標準量子計算機是具有普適性的計算機，可以運行各種各樣的算法，類似于經(jīng)典計算機，電路等效于圖靈機模型，可以把圖靈機的各種功能用電路來實現(xiàn)。計算機的電路由基本的門來構成，而標準的量子計算機也是有這樣的一個概念，是由一系列基本的邏輯門來實現(xiàn)量子電路，進而實現(xiàn)各種算法功能。這種量子計算機被稱為具有普適性的量子計算機，而谷歌的量子計算機就沒有量子計算機對應的門的概念。谷歌的量子芯片采用低溫超導技術，超導系統(tǒng)具有可集成性，能夠集成更多的量子比特，但操作精度遠遠達不到量子計算的要求，這也是谷歌之所以研究量子退火，而非標準量子計算機的原因。借助超導體系已有的相對成熟的超導電子學，谷歌可以比較容易集成數(shù)量較多的量子位，但選擇了這條路也意味著谷歌不存在用量子退火機“升級”，制造出量子計算機的可能性。
看了小編給大家的具體說明，當再次聽到谷歌說自己研究出了量子計算機的時候，我們就可以一笑了之了！
