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【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。
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。>> 超级计算机用什么GPU 英特尔NV还是AMD 每秒近18千万亿次计算 全球超算发展趋势 10万万亿次 Cray宣布最快超级计算机计划 如果您有什么服务器问题，请点击以下链接，进入PConline产品论坛讨论： 控制量子的方法十分困难，这就是为什么今年的诺贝尔物理学奖颁发给David Wineland和Serge Haroche，他们分别找到测量和操控单个粒子的方法并且还保持着他们的量子物理性质。 这项研究将推动超快量子计算机的建立。量子计算机的优势在于强大的并行计算速度。一位量子学教授表示，现在的计算机毕竟是二进制的，一遇到比较复杂的建模，像准确预测天气，预测更长时间后的天气等等，就会很费力费时；而超快量子计算机就能算，算得超快。 因为当许多个量子状态的原子纠缠在一起时，它们又因量子位的“叠加性”，可以同时一起展开“并行计算”，从而使其具备超高速的运算能力。“电子线性计算方式如同万只蜗牛排队过独木桥，而量子并行运算好比万只飞鸟同时升上天空”。
不过就现在看来，我们离量子计算机的出现还很早，一台量子计算机甚至可能会占用整个房间，比现在的超级计算机还要大。而且它几乎肯定会需要现在普通的计算机，来控制这些粒子的量子状态、管理低温冷却器以及各种设备。但如果科学家能够精确地探知控制粒子状态，量子计算机将提供比现在的超级计算机不能达到的计算能力。
此外，传统计算机存储信息是通过接通或关断的电流，通过蚀刻在硅芯片的晶体管的状态来存储信息。传统数字1表示通过让电流的流过。数字0表示的保持电路的断开。每一年，英特尔，IBM、AMD和Nvidia等都在如何减小晶体管制程工艺上下文章，在有限的空间里放置更多的硅晶体管，以便存储更多的信息。不过工程师都知道这会有一个物理极限。最终，摩尔定律，集成电路的晶体管数量大约每18个月增加一倍，将会成为历史。因此寻找储存信息的方法也是个企业研究的重要方向。>> 例如今年年初IBM就提出来直接利用原子磁矩的方向组合来存储计算机语言中的0和1。提到存储，比特（bit）是最小的单位，然而一比特需要多少个原子呢？IBM的研究人员用纳米技术诠释了这一概念，存储一比特信息仅需12个原子。该项技术能大大提升了存储的密度，相比于现在的硬盘，同单位面积能够存储的信息量有百倍以上的提升。
集成电路的晶体管随着摩尔定律越来越密集，在晶体管大小越来越达到的物理极限的形势下，迫使人们寻求新的技术，才能将性能进一步提升。一比特仅需12各原子，存储性能达到如今硬盘的百倍以上，在信息时代下大数据的趋势中无疑将发挥重要的作用 比特是计算机信息单元的基本单位，一比特有两个值：0和1。IBM采用铁原子磁矩的方向组合来存储计算机语言中的0和1，也许大家会说了，为什么不直接用铁原子的磁矩方向代表0和1呢？这样只需一个原子就可存储1比特的信息，何须12个原子？
这里的问题是，相邻的铁原子磁矩会互相干扰，相信大家都玩过磁铁，两块磁铁相互靠近时，会有相互作用，或是排斥或是吸引。微观世界中的原子磁矩也是如此。因此才需要找到稳定的铁原子磁矩的方向组合来存储计算机语言中的0和1。
比特这一计算机信息最小单位，需要多少个原子呢？有些资料显示，如今的硬盘虽然已经能达到单个TB级的容量，但是存储1比特的信息也要百万个原子。
IBM通过使用扫描隧道显微镜(STM)将12个反磁性关联原子组合在一起，存储一个比特的数据，并在低温下维持了几个小时之久，证明代表0或1的原子磁矩稳定组合的原子数可以远比之前想象少得多。存储密度能够达到当今机械硬盘或是固态硬盘的百倍以上。>> 此外，3D存储技术HMC以及新型碳纳米晶体管的研究也是存储信息的新型技术，但是我们可以看到，无论是碳纳米管还是HMC以及利用原子磁矩的组合方向来存储信息，都没有跳出传统计算机的二进制的概念。
相比原子存储信息的技术，量子计算机有何不同的地方呢？在传统计算机中，最小的存储单位还是bite，有0和1两种状态。
而在量子计算机中，最小的存储单位是最小的存储单位是qubit，简单的来说他除了0和1的两种状态外，还有叠加态，这种叠加态又是任意线性的叠加，它既可以是 0态又可以是1态， 0态和1态各以一定的概率同时存在。 正是因为这种叠加性，当许多个量子状态的原子纠缠在一起时，可以同时一起展开并行计算，从而使其具备超高速的运算能力。电子线性计算方式如同万只蜗牛排队过独木桥，而量子并行运算好比万只飞鸟同时升上天空。
量子计算机被认为是能改变世界的技术，就像现在对世界的影响最大的电脑，中国、美国、俄罗斯等都有在研究量子计算机。就在2011年5月份，加拿大的D-Wave System Inc公司发布了一款号称“全球第一款商用型量子计算机”的计算设备D-Wave One。 此款量子计算机采用的是128量子位的处理器，整体系统占地面积10平方米。 不过虽然D-Wave One号称是第一款量子计算机，不过业内却并没有认可，对于它是否真正实现量子计算还有很大怀疑。毕竟就目前的技术而言，量子计算机现在看来还是很遥远的事。[返回频道首页] |
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2012-11-21 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：xiongxuehui
