神通广大的量子计算机

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  不说可能没人相信,我们今天正在使用的电脑、智能手机看似无所不能,无疑是“最强大脑”,其实它们的“智力发育”将近极限,不可能有大突破了。为什么这么说呢?因为它们的芯片(CPU)不过指甲般大小,密密麻麻插满了十亿个甚至数十亿个晶体管,再挤不下更多的了,它们的“功夫”——人们所说的数据处理能力也就到头了。
  可是,人工智能仍要继续向前发展,人们渴求高大上的生活——会飞的汽车、全能的机器人、智慧的城市,要上天揽月,可下洋捉鳖……这一切还等着新型的电脑接大招呢!如果没有更智能、更强大的电脑系统来支撑、统一管理,这些前景岂不是海市蜃楼?
  如果放弃晶体管,可不可以改用光子、离子、电子等粒子来制造芯片?科学家发现,用这些“子”打造出来的量子计算机芯片,比起今天的计算机晶体管芯片,更“芯”有灵犀,神通广大得多。
  今天正在使用的计算机的运行基础是二进制,由“0”和“1”两个数字组成,每个位(bit)要么是“0”,要么是“1”。因此,无论计算机有多少位,有多少“0”和“1”的不同组合,在某一时刻,它只能是其中一种。假如计算机是两位,它就有4种数字组合(00、01、10、11),但在某一时刻,它只能是4种中的一种,处于其中一种状态。今天的计算机至少是32位了,它就有超过40亿种数字组合,但在某一时刻,它也只能是其中一种,处于其中一种状态。
  未来的量子计算机可神奇了:每个量子位(qubit)可以同时是“0”和“1”,同时处于多种状态。这样,就因为量子计算机的位数越多,它能同时保持的状态就呈指数级上升。如果它是两位,它就有4种数字组合,在任何某个时刻,它都能处于这全部4种状态。如果它是32位,它就有超过40亿种数字组合,在任何时刻,它都能处于这全部40多亿种状态。
  这种叠加状态令量子计算机具有超强的并行处理能力:同一时间处理多项任务——它像长了三头六臂,一眨眼,就能完成多如牛毛的工作,有如功夫高手,一人能从容对付一哄而上团团围身的喽啰。
  以一个纸牌游戏为例:有100张纸牌,其中99张是卫兵,1张是国王。将它们的牌面翻转向下,把它们的顺序打乱,然后要计算机抽出那张国王。今天的计算机只能一张张抽,一张张翻,而未来的量子计算机一下子就能掀开100张牌,国王立即现身。再以走迷宫为例:今天的计算机要一条条路走,头撞南墙才回头,接着试另一条路能不能走得通。未来的量子计算机像孙悟空,能立马变出成千上万只小猢狲,它们瞬间同时穿行迷宫中的所有旮旯,找到出口。
  因此,量子计算机将比今天的计算机快1亿至10亿倍。我国的科学家说:“如果分解一个300位的大数,目前的计算机需要15万年,量子计算机只需1秒。”
  正是身怀这等绝技——秒杀海量数据,量子计算机一旦诞生后,将被委以重任。
  它将利用人们千百年积累下来的数据,建立气候演变、天气变化的模型,精准计算出灾难天气的发生条件、发展程度、影响范围,推算出今后的天气,早早地预报,早早地做足预防,让旱魃涝魔难以得逞,真正是全球农作物的好卫士。
  它将对数以亿计的各种物质分子进行配对化合,测试不同组合的效果,从中选择最佳的搭配,创新疗效一流的药物,药到病除令“病假”一词从词典中消失。
  它将分析航天器在太空中收集到的海量數据和图片,以沙里淘金的方式从中搜出太阳系外的行星,辨别类地行星,找到我们的外星朋友……
  总之,你今天以为是稀奇古怪的梦想,到那时就是平常不过的现实。
  几年前,加拿大的D-Wave公司售出了号称全球第一台商用型量子计算机,但有研究人员认为,那并不是真正意义上的量子计算机。那么,量子计算机离我们还有多远?还得等多久?世界多国的科学家、企业家都在竞逐,力争拔得头筹,他们有的说要3年或5年,有的说要10年……
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