感謝《流浪地球》，從大年初一一直霸屏到現在，無論是話題度還是票房指數，都是中國科幻電影一座耀眼的豐碑。1月22日將上畫的《戰鬥天使.阿麗塔》，能否接過這個熱度，讓大貨暫時從流量明星的離婚出軌八卦支配中逃離嗎？貓先僧不覺有些小感動。感謝卡神，馬上要給我們這些中年大叔童年的幻夢——銃夢，末世蒸汽朋克的畫風，貓先僧的最愛。還有我們的小阿麗塔，最可愛的人工智能將帶領吃瓜群眾去向何處，面對這雙忽閃忽閃的人畜無害我見猶憐的大眼睛，貓先僧只感到幸福。貓先僧今天不聊影評，我們來聊聊實現這種程度人工智能最後的障礙，傳說中的量子計算機。
戰鬥天使阿麗塔
別看科學界故作深沉，其實19世紀末物理學差不多就被技術榨乾了。所幸20世紀初誕生了量子力學。人類這一百年的技術進步主要靠消化量子力學。方式簡單粗暴：：量子力學>新材料>應用技術。比如半導體材料導致計算機誕生。但也僅僅如此而已了，量子理論很少有直接應用。畢竟量子理論只統治著微觀世界，退相干效應是阻止量子向宏觀世界轉移的巨牆。薛定諤的貓一直在角落裡發笑，否則我們的生活早就有意思多了，瞬移術、穿牆術、分身術滿天飛。
如果說，人類挖掘自然規律是一場戰爭的話，理論物理便是正面戰場。引用劍橋大學物理學家Neil Turok的話：“自1970年代後，所有的理論工作都還沒有產生一個成功的預言。”換句話說，理論物理已經原地踏步快半個世紀了！前陣子學界引起轟動效應的上帝粒子和引力波驗證，也只是上個世紀的理論的餘震。難怪科學界比不過流量明星，人家每天都要出新聞刷屏，但科學界已經有半個世紀沒理論上過頭條了。
留給工程師的只有兩條路，其一，正面硬槓相對論；其二，開闢量子力學新的夜空，即通過“非材料”的方式開發量子力學，也就是現在媒體們叫的“量子技術”。顯然後者更靠譜些，畢竟量子力學多少還是有些成熟的直接應用，比如原子鐘、掃描隧道顯微鏡等。今天貓先僧要好好講一講的量子計算機，正是在量子力學領域新開闢夜空中，最閃亮的星。
量子存貯器
人工智能的核心技術，其實就是計算機技術的硬件技術與軟件技術的相加。但硬指標還是一個計算力的問題。傳統計算機的一次運算，究竟指啥？傳統計算機的1和0是用電流(或電壓)實現的，有電流代表1，沒電流代表0。所謂運算，本質上是把一大串1和0，變成另一大串1和0，而這個轉變過程是由一堆PN結組成的電路完成的，也就是處理器。
我們平時說的32位處理器或64位處理器，指的是一次能處理的最大位數。比如32位處理器一次可以把一串32個1、0組成的指令變成另一串1、0，假如你有一串320個1、0組成的指令，那就得排著隊，一組一組進入處理器，一共得處理10次。所以這效率嘛，就有點勉強。當然，這是膚淺的理解，將就一下！
雖然處理器動不動每秒多少多少億次，但實際上幹不了多少活，因為一個很簡單的操作，就要處理成堆成堆的1、0。處理器現在面臨的窘境，就像一臺超大功率抽水機，但面對汪洋大海一般的數據，顯然有些力不從心。於是善於吃瓜的同學開啟腦洞，給出各種順騰摸瓜的姿勢來了。
其一，能不能別用1和0這種笨辦法表示數據？從而把汪洋大海變成湖泊溪流，減少數據總量。這個……上帝給過一個費曼了，你還要第二個？再等等吧！
其二，能不能別用電流電壓來實現1和0？ 必須得找到更好的物理現象來實現1和0，使得處理器性能輕鬆飆升，一口氣把汪洋大海抽乾了。
我們再次請出開山鼻祖，量子力學的大神級人物，費曼。他老人家說，既然世界是量子的，那研究世界最終還得靠量子的方法，於是提出了量子計算機的概念！量子計算機則是量子疊加態的直接應用。傳統計算機只能把數據一組一組塞到處理器裡，而量子計算機可以把多組數據疊在一起，一次性塞進去。這是量子計算機最主要的優越性：並行計算。
量子網絡模型
總的來說，用疊加態描述信息，1個量子態可以同時包含2個信息，2個量子態就是4個，3個量子態就是8個，以指數增長。這是非常驚人的，傳統的32位處理器一次只能塞32個信息，而10個量子態一次就可以塞1024個信息，如果增加到50個，性能就達到了當前最快的超級計算機，而100個量子態就達到了全世界計算能力總和的100萬倍。
這時候有特別優秀的同學就會提出問題了，為什麼粒子有疊加態這麼奇葩的屬性？答案很好記：科學界至今仍懵逼。
科學界一向不懂謙虛謹慎，不懂火是什麼，我們老祖宗不也是用其燒烤了上萬年嗎？科學界有原理的肯定要上；沒原理的，創造近似原理也得上！那到底用什麼技術去實現呢？這種疊加態信息怎麼做運算呢？運算後又怎麼輸出呢？如果沒有量子力學的功底，很難理解這個技術過程，大夥看個味道就散了，不要深究！切記，不要自學量子力學，簡稱：不自量力。
下面這個才是知識點，喜歡裝科普大神的你，拿出筆記本好好整理，效果棒棒的！
傳統計算機靠邏輯門完成運算，同樣的，量子計算機的運算也需要邏輯門。複雜點說，就是通過么正變換來實現量子比特從一個狀態變換到另一個狀態。更復雜點說，量子邏輯門，就是量子力學中的么正算符，么正算符作用到量子態上，使量子態按照要求進行演化。
這麼玄幻的東西，長啥樣？非常抱歉，大夥都在懵逼中……簡單點說，現在所謂的量子計算機，幾乎都是沒有邏輯編碼的。更簡單點說，量子計算機暫時還沒辦法把1變成0、把0變成1。更不客氣的說，現在的量子計算機不具備真正意義上的運算能力。
那我們還折騰個什麼勁啊！？
2013年美帝兩位計算機科學家S. Aaronson 和A. Arkhipov提出了“波色取樣”，通過對經過線性器件處理的玻色子概率分佈進行抽樣，可以很快求出矩陣常值。啥意思呢？無數的量子比特經過特定的矩陣之後，分佈是有一定規律的，把這些數據統計出來就可以算出矩陣常值。反正這是一個純數學問題，說多了貓先僧也是瞎。咱只要記住，這對人工智能極有用處，比如圖像搜索、機器學習等。這個突破了，柯潔想贏圍棋更沒戲了。
但從學術上說，這並不是一臺真正的計算機，於是，科學家們取了個新名字“專用量子計算機”，俗稱量子模擬機。
IBMQ量子模擬機
與之對應的就是“通用量子計算機”，這貨有量子邏輯門，能把1變0，是真正意義上的量子計算機。這個就真可怕了。這玩意出現，才代表計算機技術的無限算力得到解放。現在的計算機全部加起來的計算力，都比不上這玩意隨便一臺臺式機。大夥手上的每一臺辦公電腦，都具有現在世界超級計算機的能力，這個場景夠科幻了吧。然後那些整天擔心電腦監視自己摸魚人生軌跡的朋友，那些整天擔憂終結者啟動天網的朋友，那些整天擔心生化危機紅皇后覺醒的朋友，對的，你們的擔心將具有堅實的硬件物理基礎了。
阿麗塔
阿麗塔，貓先僧必須先訂購一臺了。
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