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【原创科普】量子霸...霸...霸...霸权?我好惊~~~~啊~~~~

阅读量:3826537 2019-10-26


2019年10月24日,世界权威科技杂志《自然》(NATURE),在其150周年纪念特刊中发布了由谷歌公司提供的一篇论文,证明谷歌公司通过一台53量子比特的量子计算机处理器在200秒内完成了一台传统超级计算机需要1万年才能完成的计算任务。
因此,谷歌宣布实现了量子霸权。

这些年来,从霍金到刘慈欣,从美国到中国,从太空到地球,自从大家听说了量子这2个字,它就开始大红大紫。
甚至有人调侃说:遇事不决,量子力学。

仿佛跟量子两个字沾边的,就是个狼人。
然而又有几个人真正知道量子力学是什么东东呢?
虽然勇者看过一些理论物理的书,量子力学的知识如果放在一栋图书馆里面,对于勇者来说,也只是仅仅在图书馆门口探头进去张望一下的阶段。
按你胃,凭着这探头资历,勇者也尝试解读一下这个量子霸权是个什么情况吧。

量子霸权,是由美国物理学家John Preskill在2012年创造的一个词,原文是Quantum Supremacy,这2个单词可以自行查询是什么意思,反正Supremacy翻译成霸权,不能说错,但也可以翻译成权威,或者是超越性。
Quantum Supremacy的本意并不是要借由量子技术实现什么霸权或者垄断地位(估計有一部分人看到这个词的时候,大致的理解如此),其实是——
当量子计算机有所突破后,将远远超越现有(硅工艺下)经典计算机的能力,实现计算速度和效率上的技术性碾压。

就是说,量子霸权只是一个被科学界所预言的现象,预言量子计算会相对于现有计算机拥有强大很多倍的计算能力。
所以媒体热炒的:谷歌已经在量子界称霸了,我们是不是没的玩了?其实是对这个概念的误解。
再深入一点去看,谷歌所实现的量子霸权,只是实现了冰山一角而已,谈不上对经典计算机的绝对超越。
事实上,这个世界上有无数的问题,这些问题要通过计算机的运算找出答案,并不是将问题丢给计算机,计算机就能给出答案的。
所有问题都是需要由人类自己发现事物的规律,通过不断的创造数学工具,例如四则运算、阶数对数、微积分、图论、数论、数学建模等方法,再通过编程软件编写算法,对计算机输入信息,计算机才懂得如何进行计算,输出答案。

超级电脑算出来的宇宙终极答案
例如:鸡兔同笼问题,如果用代数的方式,就是解一个二元一次方程组,通过编程设定好解方程组的公式,计算机才能给出答案。
又例如:我录了某歌手的一段现场演唱,我要放到电脑去听。要解决这个问题,就需要有人开发出一个软件,将录音的模拟信号按算法转译成电脑可以读取的数字音频信号;然后另一个人开发出算法,将无损的数字音频信号进行有限度的压缩,变成虽然略有失真但是容量更小的数字文件;再就是第三个人又开发出算法,将这个数字文件又通过硬件转换为声音的模拟信号,从而形成音乐被我们的耳朵所听到——这就是MP3实现从音源到播放的过程。
再例如:我所喜欢的TA,是不是也喜欢我?这个问题目前人类还发现不了规律,无法给出算法,无论再强大的计算机,也不可能给出答案的,除非是那些所谓的算命软件瞎G8蒙。

所以量子计算机也是同理,它的计算能力强大是很强大,但是它的强大在于它的理论算法不同于经典计算机,所以它要解决问题,就不是用经典计算机那一套算法,而是按照其量子特性,另外建立一套新的算法。
例如解决鸡兔同笼问题,假设经典计算机用的是解方程式,那么量子计算机用的就是微积分+线性代数+复变函数+积分变换+统计概率学+离散数学(更高阶的高数,恕勇者没学过列不出来了),解法完全不是一个维度上。

而这种高级算法,从来没多少人写过,所以也是需要有人抓破脑袋去写的好吧!
鉴于只有中国人才掌握量子波动速读法的核心技术,对于美国人(可能也有印度人)来说,要写个量子算法,可能太难了。
所以谷歌搞了10多年,才刚刚搞定了对某一个问题的量子算法,然后屈指一算——200秒就完事了。

“我苦练了30年的铁掌哼功水上漂,终于有用武之地了”
此外,现有的经典计算机是会有自我纠错功能的,而量子计算机鉴于建造成本问题(需要接近绝对零度的极度低温环境),暂时只能集中成本在计算模块,而忽略纠错的模块,等于说算得快是够快了,但不保证对,所以暂时还不具备实用性。
所以说,谷歌这次弄的量子霸权,其实准确说是量子计算优越性,只是相当于论证了只要算法好,量子计算真的会比经典计算快。至于有没有用,还要等待正式商用甚至民用再看吧,由于需要极度低温的环境,这个前景目前还很渺茫,勇者大胆推测10年内还没能进步到可以大规模应用的阶段,更遑论要霸谁的权。
但,谷歌能做到这一步,毕竟也是人类迈出的一小步,不然《自然》也不会刊登。勇者本文并不是要质疑或者诋毁,仅仅是提醒各位无需被量子霸权这个词糊弄到,而这可能也并非谷歌的本意,而是国内一些惯于跟风炒作拉流量的媒体或自媒体在误导读者而已。

想获得更多科普知识,建议多关注国内一些相对专业的网站、公众号,以及关注勇者也可以哦,欢迎多留言指正!
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