PCB小编带你了解量子运作计算原理及其应用

文章来源：知IN作者：邓灵芝查看手机网址

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人气：3713发布日期：2017-12-18 08:12【大中小】

PCB小编带你了解量子运作计算原理及其应用：

当今的经典计算机基于位（bit），把信息编码为一系列的1和0。量子计算机则使用量子位（qubit），每一个量子位都可以代表多种状态：1，0，以及1和0的任意组合。

当你抛硬币时，它落下来后要么正面朝上、要么反面朝上。这就是二进制。现在想象一下——把硬币立起来旋转。它是1还是0？实际上它既是1，也是0。

这就是量子计算机和经典计算机的区别。当今的计算机可以分解几条指令，几乎同时处理它们，但是量子计算机可以并行处理多得多的指令。量子位能够代表非常多的状态，因此需要一种从根本上不同的计算方式。

英特尔量子硬件总监Clarke的团队制造了一个17量子位的超导芯片，目前正在QuTech进行测试。该芯片安装在实验室天花板悬挂的深冷圆柱形计算机内部，便于叠加和纠缠，因此超导电路的各种状态可以更快地执行指令，速度比经典计算机中使用的晶体管要快得多。

特尔量子硬件总监Clarke手里拿的是英特尔17量子位超导测试芯片该芯片正在由QuTech进行测试

随着更多量子位在量子计算机系统内纠缠，状态数量也呈指数增长。例如，50个纠缠的量子位可以同时代表250种状态，也就是千万亿种状态。Clarke表示：“这个数字太大了，地球上没有哪台超级计算机能够和它匹敌。如果你有300个量子位，那么它所代表的状态比宇宙中的原子数量还要多。”

量子位是很挑剔的小东西。任何噪声或振动都可能导致量子位改变状态，从而导致处理错误。关键是创建一个控制得很好的环境，这样就几乎没有波动可以影响量子位的状态。

这个测试芯片相当小——大约只有5厘米（近2英寸）——但是周围的仪器相当庞大，这是为了让量子位保持极低的温度——20毫开尔文，比宇宙深空还要冷250倍。这些所谓的稀释制冷系统乍一看似乎很吓人，Clarke解释说：“它们看上去和胶囊似的，就像你在科幻电影里看到的那样，胶囊正在孵化机器人。”

该芯片位于“冰箱”中最冷的部分，并通过带有微波连接器的电路板进行控制。为了激活量子位，研究人员会编写可转化为微波脉冲的高级指令。这导致量子位彼此旋转并相互作用。这种相互作用产生了量子计算几乎无限的并行处理能力。

量子跨入现实世界

量子计算非常适合人工智能和密码学

像亚马逊Alexa这样的数字助理所使用的人工智能应用可以从量子计算中获益。现在，这些语音控制的助手很容易就会出错，这是因为它们通过有限的数据来运行。量子计算可帮助数字助手更像人类一样做出回应。

量子计算让机密无法破解密码学涉及到把大数分解成质数，而这正是量子计算机所擅长的计算。

其它可能的应用

包括药物设计和材料科学（建模像蛋白质一样复杂的结构），以及物流优化（找到任何数量的可能路线中最有效的）。

虽然QuTech的研究人员正通过一系列测试运行英特尔的17量子位芯片，不过Clarke表示，他的团队正在改进其设计，并计划用更多量子位制造新芯片。英特尔也在探索不同类型的量子位，其中包括由硅制成的量子位，类似于目前英特尔微处理器中所用的晶体管。

“我们的终极目标是制造一个商用量子计算机，政府以及各行各业可用它来应对大数据的挑战。”，Clarke说，这需要至少100万个纠缠的量子位，再加上用来管理数据处理的硬件和软件架构。

QuTech的Lieven Vandersypen是量子分解领域的著名先锋

Vandersypen认为：等到这种计算机进入市场时，消费者可能就不会对量子物理学感到困惑了。年轻人在思考问题时往往更容易接受新东西，并且不受约束。

“我的孩子会比我75岁的父亲更容易理解量子。如果你告诉他们一个电子同时出现在两个地方，他们可能并不觉得不可思议。事实上，当我告诉我的孩子这一点时，他们只是点头表示同意。” Vandersypen说。

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