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现在才是掌握量子计算的最佳时机!

时间:2019-08-19 作者:Rich Quinnell 阅读:
目前的计算机和编程专业知识基本上并不适用于量子计算,开发人员必须从头开始学习量子计算了。现在正是开始掌握量子计算专业知识的最佳时机了!

“量子计算”(quantum computing)可说是容易被“略过”的技术之一,因为它离我们还太遥远而不至于让人现在就开始担心。即使是最乐观的估计也还要十多年后才可能实际利用。但是,由于这项技术涉及计算领域的颠覆性典范转移,让许多严谨的开发人员现在就开始探索量子计算技术。

针对量子计算的讨论主要着重于其超越传统计算的巨大潜力。其中,一个经常被提及的应用是“密码学”(cryptography),特别是针对从受保护的讯息流中撷取个人加密密钥而破解了资料的安全性。业界已经为此开发出执行此任务的算法,但由于其密集型计算需求,因而破解(例如2048位RSA密钥,广泛用于当今因特网流量)也需要好几十年,甚至是最快的超级计算机。然而,根据最近的估计显示,量子计算机可以在8小内破解程序代码。

这样令人忧心的前景——曾经被认为远比受保护信息可用寿命更安全的加密通讯,如今可能滨临危险之中——首先反映在对于量子计算燃起兴趣与期待。但是,破解程序代码并不是该技术承诺颠覆性突破的唯一应用,各种机会都激起了人们更多的兴趣。医疗、材料科学、分子生物学和金融应用,均积极探索量子计算能为他们带来什么。而且对于量子计算也越来越感兴趣。

2018年,美国政府通过“国家量子倡议法案”(National Quantum Initiative Act),不仅建立了国家量子协调办公室,并提供12亿美元资助未来五年的量子信息科学研究。欧盟(EU)还批准了高达10亿欧元的资金用于量子总体规划。中国也正大力投资,寻求在量子技术上超越美国。

尽管目前还过于简单而无法超越传统计算机,但量子计算机已经投入使用。等到量子计算机的计算能力强大到超过传统计算机,足以解决任何计算机无法克服的问题,即将实现所谓的“量子霸权”(quantum supremacy)里程碑。IBM Q System One计算机已用于商业实验和研究,并建立了诸如Exxon/Mobile等合作伙伴网络,以进一步推动新兴产业发展。D-wave、Rigetti和其他几家公司也开发了可用的量子计算机。英特尔(Intel)、Google投入量子人工智能(AI)研究工作,微软则建立起软件和硬件供货商Quantum Network,共同推动这项技术发展。

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D-Wave开发的这款处理器是几款可用的量子系统之一,有助于应用开发人员探索量子计算技术。(来源:D-Wave)

因此,量子计算目前仍处于早期发展阶段,要从研究领域走向实际应用还需要好多年的时间。然而,对于许多产业而言,现在就开始探索这项技术的使用仍然十分重要。早期展开这一行动有其必要性,因为量子计算并不只是指令周期更快,它在解决问题方面也与传统计算机大不相同。开发人员需要时间来熟悉新方法,以便能准备好在量子计算就绪时立即开始使用。

传统计算在进行计算时遵循一系列步骤(称为演算),以求得最后的结果。例如,如果寻求找到优化或满足某些复杂功能的值,传统计算机必须以演算方式逐一探索所有可能的选择。然而,量子计算机基本上透过纠缠和迭加等量子力学特性,同时考虑所有可能的答案。

为了有效利用量子计算机,程序设计人员指定一系列的量子闸,以建立定义解决问题的条件。设置这种量子闸利用了量子计算机位(Qubits或Qbits)的机率和波干扰特性来改变输入向量,使输出向量代表问题的可能答案。然而,单次执行并不表示结果的确定性,而只是正确的机率相当高。经过多次的试验,量子计算机可以根据需要提高机率到接近确定性。即使需要多次执行才能产生准确的结果,如果量子计算机拥有足够的量子位,那么总计算时间则可能比演算途径更少。

这种方法完全不同于传统计算,因此,目前的计算机和编程专业知识基本上并不适用于量子计算。如今,开发人员必须从头开始学习量子计算了。那么,现在正是开始掌握量子计算专业知识的时候了!

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹网站EETimes;参考链接:Quantum Computing Starts Now,编译:Susan Hong)

 

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Rich Quinnell
ASPENCORE全球技术执行主编。Rich Quinnell专注电子技术行业已超过15年,主要报道半导体、嵌入式系统、通信和测试相关话题,为EDN,TMW和许多其他出版物撰稿。 在成为技术记者之前,他曾服务于Matrix Imaging、Cooper LaserSonics和约翰霍普金斯大学应用物理实验室(JHU / APL)等公司,担任嵌入式系统设计师和工程项目经理十多年。 他拥有电气工程和应用物理学位,并在通信、计算机设计和量子电子学方面进行了很多研究工作。
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