月度归档:2012年11月

量子计算 几分钟等于全球计算机100万年

【PConline 资讯】今年诺贝尔文学奖花落中国,莫言成为中国第一人,而诺贝尔物理学奖则是颁给了量子计算机的研究者。据称,全球所有计算机100万年的工作量,量子计算机只需几分钟就能完成。

在12月,美国物理学家David Wineland和法国物理学家Serge Haroche 将前往斯德哥尔摩分享2012年的物理学荣誉,他们的团队分别做了关于量子计算的研究工作,成功的找到测量及操控单个粒子的方法,并且在测量和操控时能够维持粒子的量子力学性质,他们的研究将推进量子计算机的实现。

什么是量子计算机

量子计算机是一种使用量子逻辑实现通用计算的设备。普通计算机存储数据的对象是晶体管电路的状态,而量子计算用来存储数据的对象是粒子的量子状态,它使用量子算法来进行数据操作。

当使用普通计算机模拟量子现象时,数据量十分庞大,一个完好的模拟所需的运算时间也相当的长,甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼在1985年就想到用量子系统构建计算机,来模拟量子现象时运算时间可大幅度减少,于是量子计算机的概念诞生了。

量子计算机基础的设计

事实上,设计一个量子计算机很容易,主要的系统如下图。典型的计算机大家够熟悉,建造量子计算机的关键在于你需要一些东西将量子理论和典型计算机结合起来。但是目前为止我们还没有很好的接口或者装置来探知和控制粒子的量子状态。

量子计算机结构图
量子计算机结构图

量子理论中有一个著名的薛定谔之猫实验,在一个封闭的密室,有一只猫一瓶毒药和一个放射性物质,毒药瓶上有一个锤子,是由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,放出α粒子,触动电子开关,锤子落下砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。也许你会认为只要过足够的时间,一定会有原子核衰变放出α粒子,此时猫是死的。但是量子理论认为,如果不打开密室,我们永远不知道里面的猫是死是活,将永远处于非死非活的叠加态。

薛定谔之猫
薛定谔之猫

量子计算机的成败的关键在于在于量子的状态,如果我们能有效的控制粒子状态,就能实现量子计算。不过到目前为止还没有装置或设备来探知薛定谔之猫密室里面的原子核量子状态,这也是为什么只有打开密室才能知道薛定谔之猫是死是活了。