量子計算機是怎樣工作的,為什麼比傳統計算機快?一圖看懂為什麼

結論:

1、相比傳統計算機物理硬件上,使用晶體管表示0或1的比特二元狀態;量子計算機的硬件可以以兩種狀態存在。量子比特這種“疊加”的特性,使得量子計算可以沿多條路徑前進,而傳統計算機一次隻能選擇一條路徑。

小白的觀點:量子比特的數字表示方法與傳統的完全不一樣,一個量子比特包含多個可能的值。

2、量子的“糾纏”和“幹涉”的特性,可以一次性的驗證量子比特裡哪個結果是正確的。

小白的觀點:量子比特裡包含的多種信息,可以一次性的得出哪個數字是對的。

量子計算機的新聞鋪天蓋地,作為小白的我們,那些術語看來看去,有點摸不著頭腦。我們試著用直白的語言,來簡單的說說,量子計算機為什麼要比傳統計算機快?

量子計算機怎樣工作?

傳統計算機使用晶體管的特性(類似於開關),其有兩種狀態,要麼開,要麼關。這個基本的一個單位,我們稱之為比特,在數學上,可以用二進制的0、1來表示。這是計算機最底層硬件的信息表示方式。

而量子計算機,使用量子“疊加”、“糾纏“、”幹涉”的物理特性,進行計算而設計的硬件。相對於傳統計算機的二進制,量子計算機需要特殊的算法來實現數學的運算。這些數學算法不是小白重點關註的問題,我們一起來看看為什麼它很快。

舉個例子

我們來看一個查找正確密碼的例子:

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傳統計算機與量子計算機怎麼工作?

一個4位比特的密碼,在傳統計算機裡,這個4位比特密碼,有16種可能。那究竟哪一個是正確的密碼呢,需要計算機一個一個的進行比對,直到比對出正確的那個密碼為止。

而量子計算機是怎麼工作的呢?一個4位的量子比特,它包含瞭16種可能的密碼。在判斷哪個是正確的密碼時,把這個4位量子比特給量子計算機,量子計算機能一次性的比對出哪個是正確的密碼。

隻需一次!是不是比傳統計算機少瞭很多的判斷循環?

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棋盤麥粒問題

有小夥伴就說瞭,那才少瞭15次循環嘛。

如果這個密碼很大,有64位呢,那就有2的64次方(2^64)種可能。

2的64次方多大?想象不出來。用數字來表示就是1844萬億還有多。

如果判斷1844萬億次,得需要多長的時間啊。有小夥伴說,那可以很多個判斷任務一起來計算嘛,這樣不就快很多瞭麼。

引用一個例子:

超級計算機與量子計算機破解RSA密碼需要的時間

要破解常用的一個RSA密碼系統,用現在最強大的超級計算機需要花60萬年,但用一個有相當儲存功能的量子計算機,則隻需花上不到3個小時!

量子計算機,在解決類似與最優路徑等計算時,也可以發揮出它的長處。

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走出迷宮的最佳路徑

量子計算機發展到什麼程度瞭?

現在最穩定、最大的量子計算系統,還沒有實用價值。量子狀態的穩定和操作,現今還是一件很困難的事。因為量子狀態容易被破壞、量子特征持續有限等原因,量子計算的研究還在發展中。

如果某一天這些問題都很好的解決瞭,也就是所說的“量子霸權”,量子計算就能派上大用場,經典加密技術在它面前會不堪一擊。當人工智能、機器學習與量子計算結合,可能會有很大的突破。

我們期待著這一天的到來。

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