什么是量子计算?这是计算机的下一个重大飞跃

什么是量子计算?这是计算机的下一个重大飞跃

量子计算使用量子力学以令人难以置信的高速率处理大量信息。量子计算机需要几分钟到几个小时才能解决台式计算机需要数年或数十年才能解决的问题。

量子计算正在为新一代超级计算机奠定基础。预计这些量子计算机在建模,物流,趋势分析,密码学和人工智能等领域的表现优于现有技术。

量子计算解释

量子计算的概念最初是由理查德·费曼和尤里·马宁在20世纪80年代初想象的。Feynman和Manin认为量子计算机可以用台式计算机无法模拟的方式来模拟数据。直到20世纪90年代末,研究人员才建造了第一台量子计算机。

量子计算的主要处理单元是量子比特或量子比特。使用单原子,亚原子粒子或超导电路的量子力学特性在量子计算机中创建量子比特。

Qubits类似于台式计算机使用的位,因为量子位可以处于1或0量子状态。Qubits的不同之处在于它们也可以处于1和0状态的叠加,这意味着量子比特可以同时表示1和0。  

当量子位处于叠加时,两个量子态被加在一起并导致另一个量子态。叠加意味着同时处理多个计算。因此,两个量子位可以同时代表四个数字。常规计算机仅处理两种可能状态之一(1或0)中的位,并且一次处理一个计算。

什么是量子计算?这是计算机的下一个重大飞跃

量子计算机也使用纠缠来处理量子位。当量子位被纠缠时,意味着该量子位的状态取决于另一个量子位的状态,因此一个量子位显示其未观察到的对的状态。

量子计算机也使用纠缠来处理量子位。当量子位被纠缠时,意味着该量子位的状态取决于另一个量子位的状态,因此一个量子位显示其未观察到的对的状态。

量子处理器是计算机的核心

创建量子比特是一项艰巨的任务。它需要一个冻结的环境来维持任何时间长度的量子比特。创建量子位所需的超导材料必须冷却到绝对零度(约零下272摄氏度)。还必须屏蔽量子位以防止背景噪声,以减少计算中的错误。

量子计算机的内部看起来像一个花哨的金枝形吊灯。而且,是的,它是用真金制成的。它是一种稀释冰箱,用于冷却量子芯片,以便计算机可以创建叠加并纠缠量子位而不会丢失任何信息。

什么是量子计算?这是计算机的下一个重大飞跃

量子计算机使用任何显示可控制的量子力学性质的材料制作这些量子比特。量子计算项目以不同的方式创建量子比特,例如环形超导线,旋转电子和捕获离子或光子脉冲。这些量子比仅存在于稀释冰箱中产生的低于冰点的温度。

量子计算编程语言

量子算法提供分析数据的能力,并提供基于数据的模拟。这些算法是以量子为中心的编程语言编写的。研究人员和技术公司已经开发了几种量子语言。

这些是量子计算编程语言中的一些:

  • QISKit:IBM 的Quantum信息软件套件是一个用于编写,模拟和运行量子程序的全栈库。
  • Q#:Microsoft Quantum Development Kit中包含的编程语言。开发套件包括量子模拟器和算法库。
  • Cirq:由Google开发的一种量子语言,它使用python库编写电路并在量子计算机和模拟器中运行这些电路。
  • Forest:由Rigetti Computing创建的开发人员环境,用于编写和运行量子程序。

用于量子计算

真正的量子计算机在过去几年已经出现,只有少数大型技术公司拥有量子计算机。其中一些技术公司包括谷歌,IBM,英特尔和微软。这些技术领导者正在与制造商,金融服务公司和生物技术公司合作,以解决各种问题。

什么是量子计算?这是计算机的下一个重大飞跃

量子计算机服务的可用性和计算能力的提高为研究人员和科学家提供了新的工具,可以找到以前无法解决的问题的解决方案。量子计算减少了分析大量数据,创建有关数据的模拟,开发解决方案以及创建解决问题的新技术所需的时间和资源。

商业和工业使用量子计算来探索新的经营方式。以下是一些可能有益于商业和社会的量子计算项目:

  • 航空航天业正在使用量子计算来研究管理空中交通的更好方法。
  • 金融和投资公司希望利用量子计算来分析金融投资的风险和回报,优化投资组合策略,并解决金融转型问题。
  • 制造商正在采用量子计算来改善其供应链,提高其制造流程的效率,并开发新产品。
  • 生物技术公司正在探索加速新药发现的方法。

查找量子计算机和量子计算实验

这是否意味着你很快就会拥有一台量子计算机?一些计算机科学家正在研究在台式计算机上模拟量子计算的可能性。

在等待量子计算机的同时,有几个机会可以尝试使用量子器件和模拟器。许多世界上最大的技术公司都提供量子服务。这些量子服务在与台式计算机和系统配合使用时,创建了一个环境,其中量子处理与台式计算机一起使用以解决复杂问题。

  • IBM为IBM Q环境提供了对可以通过云使用的几个真实量子计算机和模拟的访问权限。
  • 阿里云提供量子计算云平台,您可以在其中运行和测试定制的量子代码。
  • Microsoft提供量子开发工具包,其中包括Q#编程语言,量子模拟器和即用型代码的开发库。
  • Rigetti拥有量子优先云平台,目前处于测试阶段。他们的平台预先配置了他们的Forest SDK。

未来的量子计算新闻

梦想是量子计算机将使我们能够解决以前认为太大而且太复杂而无法解决的问题。希望这项技术能够帮助我们了解环境并找到治愈无法治愈的疾病的方法。

台式计算机没有足够的空间来运行这些类型的复杂计算并执行大量的数据分析。量子计算占据了巨大的大数据集中的最大部分,并且只需台式计算机的一小部分时间即可处理它。对于量子计算机而言,需要几年时间处理和分析台式计算机的数据才需要几天时间。

量子计算仍处于起步阶段,但它有可能以光速解决最复杂的世界问题。任何人都猜测量子计算的发展程度和量子计算机的可用性。


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