量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

曾經有人報道,說是量子計算機是人類的又一次革命,那麼量子計算機和如今常用的計算機有什麼不同呢?說到最大的不同,就小編的理解來說,就是它們的計數方式了。

先來解釋一下什麼是計數方式

我們以前用過16進制,比如人們常說的半斤八兩和60進制,就是我們現在用的時鐘手錶等等,它們本質沒有什麼區別,就是用不同數目的符號組合來表示數量。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

計數法

比如說用十進制來數一下蘋果就是從1、2、3、4、5、6、7、8、9,然後進入下一個等級10、11、12、13、14一直往後數。如果是16進制,它就會一直數到九,數到九以後會A、B、C繼續數數到F,然後進入下一個等級,10、11、12、13、14,一直到1A、1B、1C、1D、1F然後進入20。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

進制間的計數方式

所以它們本質沒有太大的區別,只是符號數目的不同。人類的計算設備在過去有了飛躍的發展,每一種計算設備都有自己的技術系統。比如說算珠,它就採用了十進制,因為它的每一個珠串都有十個不同的狀態。

計算機的計數發展

進入20世紀人類進入了計算機時代,從電子管到晶體管再到集成電路一路高歌猛進。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

計算機發展史

但是計算機的計數系統卻沒有變化,只是技術的載體發生了變化而已,我們可以核算珠對比一下計算機就是這個算珠的架構,而電子管晶體管或者集成電路就是算珠的一個個算珠串。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

計數原理

算珠串會有十個狀態,所以採用了十進制,但是這些電子管晶體管只有兩個狀態,簡單的說就是通電和不通電,所以計算機採用的是二進制計算機來數蘋果是這樣的1、10、11、100、101、110、111、1000。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

數蘋果

這就是二進制量子計算機的不同在於它的算珠更小了,達到了量子級別,也就出現了量子效應,所以就產生了不同的計數方式!

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

量子計算機的不同

因為傳統計算機不涉及量子效應,所以他們計數方式本質沒有區別,而量子產生了量子效應以後會產生質的飛躍。

量子計算機的原理

微觀粒子比如電子就會有自旋效應,就像一個小小的指南針有NS機它可以旋轉一樣,我們簡單的把這兩種狀態稱為上和下。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

電子

如果你把上和下解釋為電子管中的通電和不通電,那麼它和傳統的計算機技術沒有本質的區別,但量子效應就在於它的兩個狀態是同時存在的,疊加在一起。

比如一個量子它就有兩種狀態,而兩個量子它就會出現四種狀態,兩個同時上、一上一下、一下一上、兩個同時下,而且這四種狀態是同時存在的。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

電子狀態

那麼對於三個量子,它就會同時存在八個狀態。所以如果有N個量子就會同時存在二的N次方種狀態。

因為這些狀態是同時存在的,所以我們還會再引進一個數字,這些數字的平方表示在最終觀測的時候,對應的狀態出現的概率。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

概率

就像薛定諤的貓一樣,這些狀態是同時存在的,但當我們最終觀測的時候,我們只能觀測其中一種狀態。對比一下傳統計算機,傳統計算機在某一個時刻它只能記錄一種狀態,比如某一時刻它的記錄是零一,因為它只能記錄著一個固定的信息,所以只能進行一個計算任務。

而量子比如說兩個量子,它就會有四種量子狀態,這四個量子狀態是同時存在的,所以說它就是同時記錄四個信息,可以同時進行四個計算任務。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

那麼N個量子就會有二的N次方種狀態,就可以同時進行二的N次方的計算任務,所以量子計算廣泛用在並行計算的領域。

量子計算機沒能普及的原因

但是這裡有一個很大的問題。雖然這些狀態是同時存在的,但是當我們最終觀測的時候,我們只能看到一種狀態,所以量子計算機需要特殊的量子算法來實現這些計算過程。

大家也可以看一下薛定諤的貓,講了量子狀態是同時存在的,但為什麼最終觀測的時候我們只看到一種狀態。

所以量子計算機的實現離不開量子的算法,目前的量子計算機很多是處於特定的問題,主要是用於大型的機並行計算,比如說D-wave two。

而如果你要是打遊戲看電影或者進行一些辦公,量子計算機是無法處理這些日常問題的,你還是需要一個簡單的傳統計算機。

量子計算機的計數原理,為什麼功能這麼強大卻沒能普及?

打遊戲、辦公

打遊戲辦公

好了,今天就給大家介紹到這裡,以後也會不斷地給大家推送,也希望大家留言和關注,我們下次再見。


分享到:


相關文章: