類比電腦的興起,任何人都能使用量子計算機的時代正在到來

時間:2019-04-06

計算機曾經被認為是高端技術,只有科學家和訓練有素的專業人員才能使用。但在20世紀70年代後半期,計算機發生了巨大的變化,這種變化不僅僅是機器變得更小,也更強大。同時也改變了計算機的使用,每個人都可以在家中使用它們。

今天,量子計算還處於起步階段,量子計算包含了20世紀物理學中一些最令人費解的概念。在美國,谷歌、IBM和NASA正在試驗和構建第一臺量子計算機。中國也在量子技術方面投入巨資。

筆者《量子計算為每個人》的書在3月已經發布,作者相信量子計算也會有相似的轉變。並且,這種轉變將比大多數人所意識到的改變更快。

個人電腦的興起

第一臺現代計算機誕生於20世紀50年代。它們體積很大,經常不太穩定,如果按照今天的標準,它並不強大。它們是為解決重要問題而設計出來的,例如開發第一個氫彈。人們普遍認為,這是計算機所擅長的事情,但世界不需許多計算機。

當然,這種觀點被證明是完全錯誤的。

1964年,John Kemeny和Thomas Kurtz 編寫了BASIC語言。他們的目標是設計一種易於學習的簡單編程語言,使任何人都能編程。最終,編程不再僅限於訓練有素的科學家,現在任何人都可以學習編程。當20世紀70年代後期第一臺家用電腦出現時,計算的轉變仍在繼續。愛好者現在可以購買自己的電腦並在家裡編程。父母和孩子可以一起學習。這些最先誕生計算機不是很強大,可以用它們做的事情也數量有限,但大家的熱情非常高。

在BASIC中編程。圖片來源:David Firth / Wikimedia

當人們使用自己的電腦時,自然地意識到他們需要更高性能和更多功能。微軟和蘋果的創始人都看到了家用電腦前景光明。

幾乎每個美國人現在都擁有一臺筆記本電腦,平板電腦或智能手機,或擁有三個。他們在互聯網上花費很多時間,包括社交媒體,網上購物和搜索。

這些活動在20世紀50年代都不存在,當時沒有人知道他們想要或需要他們。這是一種新工具,計算機促成了它們的發展。

進入量子

經典計算,即現在為計算機提供動力的計算類型,與人類的計算方式類似。它將所有計算都分解為二進制的數字0和1。現在,我們的計算機使用比特(二進制位數),因為它們易於控制,使其處於開啟或關閉位置。

量子計算則基於宇宙的計算方式,它包含了所有經典計算,但也包含了一些來自量子物理學的新概念。

量子計算不是經典計算的比特,而是具有量子比特。然而,量子計算的結果與經典計算的結果完全相同:多比特。

不同之處在於,在計算過程中,計算機可以通過比特以更多方式操縱量子比特。它可以將量子比特置於狀態的疊加中並使它們糾纏在一起。

量子疊加和量子糾纏都是大多數人不熟悉的量子力學概念。疊加大致意味著量子位可以是0和1的混合。糾纏表示量子位之間的相關性。當測量一對糾纏量子位中的一個時,它會立即顯示你測量其夥伴時將獲得的值。這就是愛因斯坦所說的“遠距離的幽靈行動”。

完整描述量子力學所需的數學知識令人生畏,而這些是設計和構建量子計算機所必需的。但是,理解量子計算和開始設計量子電路所需的數學知識要少得多,高中代數是唯一的要求。

人人使用量子計算

量子計算機才剛剛開始建造,它們是大型機器,有些不可靠,也還不特別強大。

他們將用於做什麼?量子計算在密碼學中具有重要的應用。1994年,麻省理工學院的數學家Peter Shor表示,如果能夠建造量子計算機,他們就能夠破解當前互聯網加密方法。這促使構建了可以應對量子攻擊的數據加密新方法,開啟了後量子加密時代。

看起來量子計算可能會對化學產生巨大影響。經典計算機難以模擬某些反應,化學家們希望量子計算機能夠有效地模擬這些量子現象。

我認為推測未來50年大多數人將使用量子計算機做什麼意義不大。當量子計算成為任何人都可以在自己家中使用的東西時,可能會更有意義。

答案是這已經成為可能了。2016年,IBM在雲中添加了一臺小型量子計算機。任何有互聯網連接的人都可以在這臺計算機上設計和運行自己的量子電路。量子電路是執行量子計算的一系列基本步驟。

IBM的量子計算機不僅可以免費使用,而且這種量子計算機具有簡單的圖形界面。它是一臺小型,不是非常強大的機器,就像第一臺家用電腦一樣,但愛好者可以開始嘗試。這種轉變已經開始。

人類正在進入一個直接學習和實驗量子計算的時代。與第一臺家用電腦一樣,可能還不清楚量子計算機是否存在需要解決的問題,但隨著人們的使用,我認為人們會發現他們需要更多高性能和更多功能。這將為我們尚未想象的新應用開闢道路。雷鋒網

本文作者Chris Bernhardt是《量子計算為每個人》的作者,也是費爾菲爾德大學數學教授。 雷鋒網

雷鋒網編譯,via singularityhub

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