这几天“九章”量子计算机刷屏了,但是很多人看了以后依然一头雾水,问了我两个直击灵魂的问题:
1. “九章”为什么能比超级计算机快100万亿倍?
2. 这量子计算机看起来这么牛,到底有什么用?
这两个问题好难,不是我这样的门外汉能深入浅出的讲解的, 但是我觉得对大部分人来说也没必要了解得那么深, 就调用一下脑子里那可怜的知识,用例子做个入门级的科普吧。
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第一个问题的答案很简单:指数级增长
很多人可能对指数级增长没有感觉, 这里举个例子大家感受下:
一张A4纸,只要对折42次(2^42方),它的厚度就可以从地球到底月球!
继续对折:
对折51次,就可以到达太阳。
对折81次, 相当于127,786光年的距离,相当于一个星系的大小。
对折103次, 相当于930亿光年的距离,也是已知宇宙的大小。
指数增长是不是挺震撼的?
量子计算也是这样, 它的基础是量子位,一个量子位可以同时是0和1(就是这么古怪) ,如果有:
2个量子位,能表达2^2,即4个数字
3个量子位,能表达2^3 , 即8个数字
......
100个量子位, 就有2^100个数字,我们的大脑早已hold不住了。
接下来神奇的事情就要发生了,量子计算机在一次运算中可以同时对2^100个数字进行运算, 注意,是同时啊!
其效果相当于传统计算机要重复实施2^100次操作,或者采用2^100个CPU进行并行!
量子计算机绝对是碾压传统计算机的存在!
所以,拥有76个量子位的“九章”比超级计算机快100万亿倍一点也不奇怪了。
这种恐怖的能力被称为量子霸权!
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那这种看起来神一般的运算能力有什么用处呢?
再来举个例子, 这里有个数字:35 , 要分解成两个质数的乘积。
我们的直觉会告诉我们答案 5 * 7 。
但是计算机没有直觉,我们得告诉计算机一个“算法”来得到答案, 比如尝试法:
先让35除以2, 然后35除以3,这样一一去试,当除以5时,发现可以整除,得到答案5 * 7 。
35是个很小的数,传统计算机算起来是小菜一碟,如果这个数字扩大到300位(记住前面所说的指数级增长),传统计算机就抓狂了,如果它一秒做一万亿次运算,那么分解一个300位的数字需要15万年!
聪明的科学家们就利用大数难以分解的特性,设计了RSA算法, 构建了计算机网络通讯安全的基石, 我们上网聊天、购物、付款...... 几乎所有的网络行为都和RSA相关。
但是量子计算机利用恐怖的并行计算能力,把分解时间从15万年减少不足1秒钟,我们赖以生存的安全基础被无情地击得粉碎。
如果有个黑客有这样一台量子计算机,那所有的人类在他看来都是在网络上裸奔了。
当然,这样的量子计算机现在还造不出来,即使出现了,人类也会想出新的加密方法的。
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之前我国在量子通信领域一直是世界领先,现在我们的“九章”出来了,展示了量子霸权,确立了我国在量子计算领域第一方阵的地位,可喜可贺!
但是九章和其他量子计算机一样,都是“专用计算机”,只在特定的问题领域内有用,比如“九章”解决的就是“高斯玻色取样”问题,Google的“悬铃木”是来证明一个随机数字生成器是否符合“随机”标准的问题,出了这些领域它们就不灵了。
对于个人来说,没什么实际用途,我们日常刷抖音,看新闻,玩游戏,看视频, 用传统的计算机已经足够了,根本用不到量子计算机。