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量子计算机即将问世 – IBM宣布大消息 恐将引起世界巨震

一只命运的蝴蝶,在美国突然展开它颠覆之翅!这次看似不太起眼的煽动,却很可能在不远的将来,引发山呼海啸般的巨震!

量子计算机
量子计算机

近日IBM宣布:研究了数十年的量子技术,终于快要成功落地了!第一台量子电脑将在三年后上市,进入到实用环节。此又是一个巨大的跨越。以前看似遥不可及的量子电脑,一下子就逼近人类的身边。

 

 量子电脑有多强?

据报导,一台桌上型电脑电脑大小的量子电脑,便能达到乃至超过中国天河一号超级电脑的计算能力!

举例:要破解现在常用的一个RSA密码系统,使用当前最大、最好超级电脑需要花上60万年,但用一个有相当储存功能之量子电脑,只需花上不到3个小时!

在量子电脑面前,曾经引以为豪的传统电子电脑,相当于以前的算盘,显得笨重又古老!

无论科研、生产还是日常生活,世界将会经历一场颠覆性改变……

  量子电脑为什么牛?

归根结底,在于量子电脑与传统电脑所运用原理和路径完全不一样。

现有传统电子电脑的运算单元,一个比特(bit)要么0,要么1。而量子电脑利用量子特有的“叠加状态”,采取平行计算的方式,终极目标可以使速度以指数量级提升。

用一个故事来比喻,中国有一个寓言,叫“杨子见歧路而哭之”。杨朱听说有一只羊在道路分叉的地方走失,不知走哪条路去寻找,难过的哭了。

传统电脑在解答问题时也是这种套路:只能是先走一条路,之后再走另外一条路,做不到两条路同时走。

但是量子电脑则不一样了,它可以如孙悟空变出很多个小孙悟空走不同的路一样,采平行计算。这就相当于,一台电脑一下子化成千千万台台计算器,同时开工。

从电子电脑飞跃至量子电脑,整个人类计算能力和处理大资料的能力,将出现上千上万乃至上亿次的提升。

一场天时地利人和的完美邂逅

IBM的量子电脑即将面世,来得正是时候:5G已成熟并接近运用,大资料也在蓬勃发展中,人工智能(AI)来到了临门一脚的关口。

当量子计算和人工智能结合在一起,那么可能会做出连大自然都没有想到的结果——冷冰冰的量子电脑,将拥有了像人类一样的自学和思考能力。

一个量子计算+人工智能时代,将比我们曾最前卫的想像,来得还要快得多。因为两者将发生正向回馈。

很可能,在不远的将来,在量子电脑+人工智能面前,人类就可能像蚂蚁面对人类一样无力和脆弱。

可以想见,一旦这种技术广泛运用在战争,就会将冲突升级至前所未有的规模,且人类将很难控制住局面。

更可怕的是,若有科学家因为私心在代码里面加了一行毁灭全人类的指令,或者人工智能突然变异成为反人类的品种,整个人类或将被机器人所横扫,甚至灭亡!

这就是为什么特斯拉的执行长伊隆‧马斯克在接受采访时,声称:我们确保人工智能安全的机率仅有5%到10%。“我们需要万分警惕人工智能,它们比核武器更加危险!”

这也就是为什么霍金曾告诫人类:机器人的进化速度可能比人类还快,而它们的终极目标将不可预测。我真的很害怕人工智能取代人类,而成为新物种!

 

我们再次抵达了命运之门

从今日起,量子计算+人工智能不再是科幻小说,不再是阅读理解,也不再是新闻标题,更不再是以太网中跃动的字节与CPU中孱弱的灵魂,而是实实在在的宿命。

这个时代对人类社会来说,或是一场充满不确定性的大海啸!而这场革命的最大特征是,它不改变我们所做的,而是改变我们自己!

如果说以前几次技术革命,最多是人的手、脚等身体器官的延伸与替代,这次人工智能则将成为人类自身的替代,对于人类社会家庭乃至整个社会的冲击,将会是前所未有的。

什么是量子计算 ?

基本概念

量子位元由受控粒子和控制方法組成(比如,捕獲顆粒的設備能將他們從一個狀態切換到另一個狀態).[10]

傳統计算机即对输入信号序列按一定算法进行变换的机器,其算法由计算机的内部逻辑电路实现。

  1. 输入态和输出态都是傳統信号,用量子力学的语言来描述,也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列 0110110 {\displaystyle 0110110} ,用量子记号,即 | 0110110 ⟩ {\displaystyle \left|0110110\right\rangle } 。所有的输入态均相互正交。对傳統计算机不可能输入如下叠加态: c 1 | 0110110 ⟩ + c 2 | 1001001 ⟩ {\displaystyle c_{1}\left|0110110\right\rangle +c_{2}\left|1001001\right\rangle }
  2. 傳統计算机内部的每一步变换都演化为正交态,而一般的量子变换没有这个性质,因此,傳統计算机中的变换(或计算)只对应一类特殊集。

量子计算机分别对傳統计算机的限制作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述,如二能级系统(称为量子位元(qubits)),量子计算机的变换(即量子计算)包括所有可能的正变换。

  1. 量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态,其相互之间通常不正交;
  2. 量子计算机中的变换为所有可能的正变换。得出输出态之后,量子计算机对输出态进行一定的测量,给出计算结果。

傳統计算是一类特殊的量子计算,量子计算对傳統计算作了极大的扩充,其最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算,所有这些傳統计算同时完成,并按一定的概率振幅叠加起来,给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

实现

D-Wave 系統公司發布的計算設備

一般認為量子计算机仍處於研究階段。然而2011年5月11日加拿大的D-Wave 系統公司發布了一款號稱“全球第一款商用型量子计算机”的計算設備“D-Wave One”,含有128個量子位[11][12]。2011年5月25日,洛克希德·馬丁同意購買D-Wave One[13]南加州大學洛克希德馬丁量子電腦研究中心(USC-Lockheed Martin Quantum Computation Center)證明D-Wave One不遵循古典物理學法則的模擬退火(simulated annealing)運算模型,而是量子退火法。該論文《可編程量子退火的實驗特性》(Experimental Signature of Programmable Quantum Annealing)發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊。該量子設備是否真的實現了量子計算目前還沒有得到學術界廣泛認同,只能有證據顯示D-Wave系統在運作時邏輯不同於傳統電腦[14]

2013年5月D-Wave 系统公司宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的D-Wave Two量子计算机。[15]該電腦執行特定演算法時比傳統電腦快上億倍,但換用演算法解相同問題時卻又輸給傳統電腦,所以實驗色彩濃厚並延續了學術界爭論。

2013年5月,谷歌和NASA在加利福尼亚的量子人工智能实验室发布D-Wave Two。

2015年5月,IBM在量子運算上取得兩項關鍵性突破,開發出四量子位元型電路(four quantum bit circuit),成為未來10年量子電腦基礎。另外一項是,可以同時發現兩項量子的錯誤型態,分別為bit-flip(位元翻轉)與phase-flip(相位翻轉),不同於過往在同一時間內只能找出一種錯誤型態,使量子電腦運作更為穩定。[16]

2015年10月,新南威爾斯大學首度使用硅製作出量子閘[17]

2016年8月,美国马里兰大学学院市分校发明世界上第一台由5量子位元组成的可编程量子计算机[18][19]

2017年5月,中国科学院宣布制造出世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机,研发了10位元超导量子线路样品,通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作,成功实现了目前世界上最大数目的超导量子位元多体纯纠缠,并通过层析测量方法完整地刻画了十位元量子态[20]此原型機的「玻色取樣」速度比國際同行之前所有實驗機加快至少24000倍,比人類歷史上第一台電子管計算機(ENIAC)和第一台晶體管計算機(TRADIC)運行速度快10-100倍,雖然還是緩慢但已經逐步跨入實用價值階段。[21][22]

2017年7月,美國研究人員宣布完成51個量子位元的量子電腦模擬器[23]。哈佛大學米哈伊爾·盧金(Mikhail Lukin)在莫斯科量子技術國際會議上宣布這一消息。量子模擬器使用了激光冷卻的原子,並使用激光將原子固定。

2018年6月,英特爾宣布開發出新款量子晶片,使用五十奈米的量子位元做運算,並已在接近攝氏零下273度的絕對零度中進行測試。[24]

2019年1月8日,IBM在消費電子展(CES)上展示了已开发的世界首款商业化量子计算机IBM Q System One[25]

2019年3月12日, IBM发布了量子性能的“摩尔定律”。

 

量子计算机(quantum computer)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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。
量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来,信息处理量愈多,对于量子计算机实施运算也就愈加有利,也就更能确保运算具备精准性。

量子计算机到底为何物 ?

1982年,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。紧接其后,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,从而量子计算机的概念诞生了。
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。其基本规律包括不确定原理、对应原理和波尔理论等。它应用常见,如半导体材料为主的电子产品,激光刻录光盘,核磁共振等。
量子计算机的优越性更多
量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算,所有这些经典计算同时完成,并按一定的概率振幅叠加起来,给出量子计算机的输出结果。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。
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