感谢《流浪地球》，从大年初一一直霸屏到现在，无论是话题度还是票房指数，都是中国科幻电影一座耀眼的丰碑。1月22日将上画的《战斗天使.阿丽塔》，能否接过这个热度，让大货暂时从流量明星的离婚出轨八卦支配中逃离吗？猫先僧不觉有些小感动。感谢卡神，马上要给我们这些中年大叔童年的幻梦——铳梦，末世蒸汽朋克的画风，猫先僧的最爱。还有我们的小阿丽塔，最可爱的人工智能将带领吃瓜群众去向何处，面对这双忽闪忽闪的人畜无害我见犹怜的大眼睛，猫先僧只感到幸福。猫先僧今天不聊影评，我们来聊聊实现这种程度人工智能最后的障碍，传说中的量子计算机。
战斗天使阿丽塔
别看科学界故作深沉，其实19世纪末物理学差不多就被技术榨干了。所幸20世纪初诞生了量子力学。人类这一百年的技术进步主要靠消化量子力学。方式简单粗暴：：量子力学>新材料>应用技术。比如半导体材料导致计算机诞生。但也仅仅如此而已了，量子理论很少有直接应用。毕竟量子理论只统治着微观世界，退相干效应是阻止量子向宏观世界转移的巨墙。薛定谔的猫一直在角落里发笑，否则我们的生活早就有意思多了，瞬移术、穿墙术、分身术满天飞。
如果说，人类挖掘自然规律是一场战争的话，理论物理便是正面战场。引用剑桥大学物理学家Neil Turok的话：“自1970年代后，所有的理论工作都还没有产生一个成功的预言。”换句话说，理论物理已经原地踏步快半个世纪了！前阵子学界引起轰动效应的上帝粒子和引力波验证，也只是上个世纪的理论的余震。难怪科学界比不过流量明星，人家每天都要出新闻刷屏，但科学界已经有半个世纪没理论上过头条了。
留给工程师的只有两条路，其一，正面硬杠相对论；其二，开辟量子力学新的夜空，即通过“非材料”的方式开发量子力学，也就是现在媒体们叫的“量子技术”。显然后者更靠谱些，毕竟量子力学多少还是有些成熟的直接应用，比如原子钟、扫描隧道显微镜等。今天猫先僧要好好讲一讲的量子计算机，正是在量子力学领域新开辟夜空中，最闪亮的星。
量子存贮器
人工智能的核心技术，其实就是计算机技术的硬件技术与软件技术的相加。但硬指标还是一个计算力的问题。传统计算机的一次运算，究竟指啥？传统计算机的1和0是用电流(或电压)实现的，有电流代表1，没电流代表0。所谓运算，本质上是把一大串1和0，变成另一大串1和0，而这个转变过程是由一堆PN结组成的电路完成的，也就是处理器。
我们平时说的32位处理器或64位处理器，指的是一次能处理的最大位数。比如32位处理器一次可以把一串32个1、0组成的指令变成另一串1、0，假如你有一串320个1、0组成的指令，那就得排着队，一组一组进入处理器，一共得处理10次。所以这效率嘛，就有点勉强。当然，这是肤浅的理解，将就一下！
虽然处理器动不动每秒多少多少亿次，但实际上干不了多少活，因为一个很简单的操作，就要处理成堆成堆的1、0。处理器现在面临的窘境，就像一台超大功率抽水机，但面对汪洋大海一般的数据，显然有些力不从心。于是善于吃瓜的同学开启脑洞，给出各种顺腾摸瓜的姿势来了。
其一，能不能别用1和0这种笨办法表示数据？从而把汪洋大海变成湖泊溪流，减少数据总量。这个……上帝给过一个费曼了，你还要第二个？再等等吧！
其二，能不能别用电流电压来实现1和0？ 必须得找到更好的物理现象来实现1和0，使得处理器性能轻松飙升，一口气把汪洋大海抽干了。
我们再次请出开山鼻祖，量子力学的大神级人物，费曼。他老人家说，既然世界是量子的，那研究世界最终还得靠量子的方法，于是提出了量子计算机的概念！量子计算机则是量子叠加态的直接应用。传统计算机只能把数据一组一组塞到处理器里，而量子计算机可以把多组数据叠在一起，一次性塞进去。这是量子计算机最主要的优越性：并行计算。
量子网络模型
总的来说，用叠加态描述信息，1个量子态可以同时包含2个信息，2个量子态就是4个，3个量子态就是8个，以指数增长。这是非常惊人的，传统的32位处理器一次只能塞32个信息，而10个量子态一次就可以塞1024个信息，如果增加到50个，性能就达到了当前最快的超级计算机，而100个量子态就达到了全世界计算能力总和的100万倍。
这时候有特别优秀的同学就会提出问题了，为什么粒子有叠加态这么奇葩的属性？答案很好记：科学界至今仍懵逼。
科学界一向不懂谦虚谨慎，不懂火是什么，我们老祖宗不也是用其烧烤了上万年吗？科学界有原理的肯定要上；没原理的，创造近似原理也得上！那到底用什么技术去实现呢？这种叠加态信息怎么做运算呢？运算后又怎么输出呢？如果没有量子力学的功底，很难理解这个技术过程，大伙看个味道就散了，不要深究！切记，不要自学量子力学，简称：不自量力。
下面这个才是知识点，喜欢装科普大神的你，拿出笔记本好好整理，效果棒棒的！
传统计算机靠逻辑门完成运算，同样的，量子计算机的运算也需要逻辑门。复杂点说，就是通过幺正变换来实现量子比特从一个状态变换到另一个状态。更复杂点说，量子逻辑门，就是量子力学中的幺正算符，幺正算符作用到量子态上，使量子态按照要求进行演化。
这么玄幻的东西，长啥样？非常抱歉，大伙都在懵逼中……简单点说，现在所谓的量子计算机，几乎都是没有逻辑编码的。更简单点说，量子计算机暂时还没办法把1变成0、把0变成1。更不客气的说，现在的量子计算机不具备真正意义上的运算能力。
那我们还折腾个什么劲啊！？
2013年美帝两位计算机科学家S. Aaronson 和A. Arkhipov提出了“波色取样”，通过对经过线性器件处理的玻色子概率分布进行抽样，可以很快求出矩阵常值。啥意思呢？无数的量子比特经过特定的矩阵之后，分布是有一定规律的，把这些数据统计出来就可以算出矩阵常值。反正这是一个纯数学问题，说多了猫先僧也是瞎。咱只要记住，这对人工智能极有用处，比如图像搜索、机器学习等。这个突破了，柯洁想赢围棋更没戏了。
但从学术上说，这并不是一台真正的计算机，于是，科学家们取了个新名字“专用量子计算机”，俗称量子模拟机。
IBMQ量子模拟机
与之对应的就是“通用量子计算机”，这货有量子逻辑门，能把1变0，是真正意义上的量子计算机。这个就真可怕了。这玩意出现，才代表计算机技术的无限算力得到解放。现在的计算机全部加起来的计算力，都比不上这玩意随便一台台式机。大伙手上的每一台办公电脑，都具有现在世界超级计算机的能力，这个场景够科幻了吧。然后那些整天担心电脑监视自己摸鱼人生轨迹的朋友，那些整天担忧终结者启动天网的朋友，那些整天担心生化危机红皇后觉醒的朋友，对的，你们的担心将具有坚实的硬件物理基础了。
阿丽塔
阿丽塔，猫先僧必须先订购一台了。
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