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量子计算机是怎样工作的,为什么比传统计算...

结论:

1、相比传统计算机物理硬件上,使用晶体管表示0或1的比特二元状态;量子计算机的硬件可以以两种状态存在。量子比特这种“叠加”的特性,使得量子计算可以沿多条路径前进,而传统计算机一次只能选择一条路径。

小白的观点:量子比特的数字表示方法与传统的完全不一样,一个量子比特包含多个可能的值。

2、量子的“纠缠”和“干涉”的特性,可以一次性的验证量子比特里哪个结果是正确的。

小白的观点:量子比特里包含的多种信息,可以一次性的得出哪个数字是对的。

量子计算机的新闻铺天盖地,作为小白的我们,那些术语看来看去,有点摸不着头脑。我们试着用直白的语言,来简单的说说,量子计算机为什么要比传统计算机快?

量子计算机怎样工作?

传统计算机使用晶体管的特性(类似于开关),其有两种状态,要么开,要么关。这个基本的一个单位,我们称之为比特,在数学上,可以用二进制的0、1来表示。这是计算机最底层硬件的信息表示方式。

量子计算机,使用量子“叠加”、“纠缠“、”干涉”的物理特性,进行计算而设计的硬件。相对于传统计算机的二进制,量子计算机需要特殊的算法来实现数学的运算。这些数学算法不是小白重点关注的问题,我们一起来看看为什么它很快。

举个例子

我们来看一个查找正确密码的例子:

传统计算机量子计算机怎么工作?

一个4位比特的密码,在传统计算机里,这个4位比特密码,有16种可能。那究竟哪一个是正确的密码呢,需要计算机一个一个的进行比对,直到比对出正确的那个密码为止。

量子计算机是怎么工作的呢?一个4位的量子比特,它包含了16种可能的密码。在判断哪个是正确的密码时,把这个4位量子比特给量子计算机量子计算机能一次性的比对出哪个是正确的密码。

只需一次!是不是比传统计算机少了很多的判断循环?

棋盘麦粒问题

有小伙伴就说了,那才少了15次循环嘛。

如果这个密码很大,有64位呢,那就有2的64次方(2^64)种可能。

2的64次方多大?想象不出来。用数字来表示就是1844万亿还有多。

如果判断1844万亿次,得需要多长的时间啊。有小伙伴说,那可以很多个判断任务一起来计算嘛,这样不就快很多了么。

引用一个例子:

超级计算机量子计算机破解RSA密码需要的时间

要破解常用的一个RSA密码系统,用现在最强大的超级计算机需要花60万年,但用一个有相当储存功能的量子计算机,则只需花上不到3个小时!

量子计算机,在解决类似与最优路径等计算时,也可以发挥出它的长处。

走出迷宫的最佳路径

量子计算机发展到什么程度了?

现在最稳定、最大的量子计算系统,还没有实用价值。量子状态的稳定和操作,现今还是一件很困难的事。因为量子状态容易被破坏、量子特征持续有限等原因,量子计算的研究还在发展中。

如果某一天这些问题都很好的解决了,也就是所说的“量子霸权”,量子计算就能派上大用场,经典加密技术在它面前会不堪一击。当人工智能、机器学习与量子计算结合,可能会有很大的突破。

我们期待着这一天的到来。

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