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量子计算:1秒完成传统计算机100年的任务量 英超-曼城3-0领先曼联15分 丁丁传射阿圭罗破门

2019-11-8

  1秒完成传统计算机100年的任务量

  量子计算:第四次工业革命的引擎

  本报记者 翟冬冬

  经典计算机需要100年才能破译的密码量子计算机用1秒钟就能搞定。

  也正是看到了这样的“洪荒之力”各大巨头开始入局量子计算。2017年底IBM称已成功研制出50个量子比特的量子计算处理器样机。据报道谷歌正在研究49个量子比特的芯片英特尔、微软也加大了对量子计算的投入。

  我国科学家也加快了研发步伐中国科学技术大学潘建伟与陆朝阳课题组于2017年成功研制出世界首台超越早期传统计算机的量子计算机。

  “量子计算力”正缓缓袭来。

  “量子计算将成为第四次工业革命的引擎。”近日中国科学院物理研究所研究员、北京凝聚态国家实验室常务副主任与首席科学家丁洪在接受科技日报记者采访时表示就像1947年诞生的三极管一样量子计算或成为下一代颠覆性技术。

  “不明觉厉”的量子计算到底是什么呢?

  突破传统计算瓶颈

  从1970年到2005年计算机的发展正如摩尔定律预测的一样每隔18个月集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍计算机的计算性能也提升一倍。

  “但2005年以后这种趋势就开始放缓。”丁洪介绍目前晶体管已进入了纳米尺度时代摩尔定律逐渐失效。

  计算机发展的瓶颈主要有两个。首先随着晶体管体积不断缩小计算机可容纳的元器件数量越来越多产生的热量也随之增多。其次随着元器件体积变小电子会穿过元器件发生量子隧穿效应这导致了经典计算机的比特开始变得不稳定。

  什么是隧穿效应?丁洪打了一个比方。“就像穿墙术一样。在宏观世界跳高运动员如遇到障碍可以自我跳过去。但在量子世界不需要这么高超的技巧。遇到障碍可以穿过去。只不过物质本身要足够小障碍要足够薄。”他说。

  量子计算机的出现巧妙地解决了计算机发展的瓶颈问题。丁洪说从原理来看量子计算机是可逆计算机不会丢失信息。经典计算机则是不可逆计算机不可逆计算过程中每个比特的操作都会有热损耗。

  “但量子计算机不会取代经典计算机。”丁洪说两者的应用对象不同互为补充它们的关系就像白炽灯与激光一样。白炽灯与激光都能发光具有相关性但我们并不用激光替代白炽灯去照明量子计算机也是如此的。

  颠覆常识的量子世界

  量子物理看似高冷却早已走进我们的生活像手机、计算机、LED等都用到了量子物理相关技术。“原子、光子、电子都是量子。”丁洪说量子是构成物质的基本单元是能量的最基本携带者。量子叠加与量子纠缠是量子物理区别于经典物理的地方。

  什么是量子叠加?丁洪举了个例子在经典物理中从宏观角度来看任何物质的“态”都是确定的。比如将一本书放在桌子上不是正面就是反面。在量子世界中书却可以是正面的也可以是反面的成为一个不确定的叠加态。

  同样电子自旋也有叠加态。电子的自旋方向可能是向上也可能是向下。它的叠加态就是一半向上一半向下是不确定的。

  过去人们一直没发现其中的问题直到提出“薛定谔的猫”这一实验。薛定谔提出设计一个实验在笼子里放一只猫里面放置一个毒气瓶。装置里有一个开关用电子的自旋状态去控制。假如它自旋向上就会将开关打开放出毒气毒死猫;假如自旋向下猫就是安全的。

  那么问题来了假如电子处于叠加态猫是死是活?答案是:猫一半是活的一半是死的。

  量子纠缠则更为玄妙。两个纠缠的粒子不管差距多远对其中一个粒子进行观测就会即时影响到其它粒子。“量子纠缠就像在量子世界打了一个虫洞。”说到如何理解量子纠缠丁洪用电影〖星际穿越〗中的虫洞打了个比方。

  拥有指数级计算能力

  中国科学院郭光灿院士曾这样解释量子计算机的计算能力。他说量子比特可以制备两个逻辑态0与1的相干叠加态换句话讲它可以同时存储0与1。考虑一个N个物理比特的存储器若它是经典存储器则它只能存储2N个可能数据当中的某一个;若它是量子存储器则它可同时存储2N个数据。而且随着N的增加其存储信息的能力将呈指数级上升。

  有关指数级增长的威力丁洪讲了一个故事。在古代印度一位老人带着他发明的国际象棋去见国王。国王非常高兴确定赏赐他东西。老人却表示国王无法满足自我的要求。老人的愿望是什么?

  在棋盘的第一格上放1粒小麦第二格上放2粒小麦第三格上放4粒第四格上放8粒……一直到第六十四格为止。结果却发现这是个天文数字。

  为了开发量子计算机强大的并行计算能力上世纪90年代科学家们提出了无序数据库搜索与大数因子分解两种算法。

  发展势头迅猛

  量子计算不仅可应用于人工智能领域提升机器学习效率还能应对复杂情况如实现天气的精准预测。生活中的诸多不便如交通拥堵也能依靠其算法解决。

  “(量子计算)发展非常迅速。”丁洪说以前普遍认为量子计算机是三、五十年之后才能出现的。按照现在的发展速度可能三五年后就会出现。

  目前谷歌、微软、英特尔、IBM、阿里巴巴等国际巨头都积极参与到量子计算机的研究中。2017年12月13日IBM宣布将与三星、摩根大通与巴克莱银行等12家主要公司合作共同开发商用量子计算。

  为加速进入量子计算机阵营各国政府也是“不惜血本”。2013年到2015年的财政预算显示欧盟在该领域的投入达48亿元美国投入31.5亿元用于量子计算机的研发我国也投入19亿元推进量子领域的发展。目前我国正在筹建量子信息科学国家实验室一期建设用地810亩一期总投资70亿元。

  腾讯体育讯北京时间2月1日凌晨4点2017-18赛季英超第25轮曼城主场3-0轻取西布朗德布劳内传射建功费尔南迪尼奥与阿圭罗分别破门。本轮过后曼城领先优势扩大到了15分。

  曼城联赛主场12连胜15分领跑:主场3球轻松击败西布朗曼城在主场豪取联赛12连胜因为本轮曼联在客场输给了热刺本轮过后曼城领先优势扩大到了15分。

  曼城6500万新援首展露:曼城在冬窗花费6500万欧元签下的拉波尔特上演英超首展露因为此役西布朗全场没什么射门他在防线上并没有受到太多考验。

  MVP:德布劳内丁丁是这场比赛中表现最为抢眼的球员他先是送出精妙传球助攻费尔南迪尼奥破门下半场他又接到斯特林助攻为曼城锁定胜局。

  精彩回顾

  第19分钟德布劳内妙塞左肋空档费尔南迪尼奥机警插入禁区低射破门1-0!

英超-曼城3-0领先曼联15分

  第24分钟德布劳内直塞斯特林突入禁区将球做给前插的大卫-席尔瓦西班牙魔术师将球传向门前阿圭罗包抄慢了半拍没能碰到皮球。

  第28分钟德布劳内单刀突入禁区的低射被福斯特挡出。第31分钟斯特林左路传中被恩约姆挡出德布劳内弧顶处右脚劲射皮球稍稍高出横梁!

  第36分钟阿圭罗禁区内横传德布劳内中路顺势的推射打的太正福斯特再次救险!

  第47分钟京多安妙传斯特林禁区内冷静扣过道森面对门将打远角竟然偏出!第53分钟沃克右路突破低传阿圭罗禁区内脚后跟射门险些得手。

  第65分钟京多安传球伯纳多-席尔瓦大禁区线上左脚弧线球攻门福斯特飞身救险!

  第68分钟德布劳内反击中分边斯特林面对出击的福斯特将球传回到中路跟进的丁丁将球扫进空门2-0!

英超-曼城3-0领先曼联15分

  第84分钟斯特林反击中突到禁区前分球迪亚兹插入禁区右脚低射被福斯特挡出伯纳多-席尔瓦的劲射则打中边网。

  第88分钟斯图里奇得到绝好的单刀机会但他第一次射门被回防的沃克挡了一下随后他调整后禁区内打空门打中边网。

英超-曼城3-0领先曼联15分

  第89分钟斯特林反击中传球阿圭罗禁区右侧小角度面对福斯特搓射破门3-0!

英超-曼城3-0领先曼联15分

  数据统计

  这场比赛完全是曼城的进攻展露在88分钟前西布朗甚至没有一脚射门数据来看曼城射门18比3射正10比1角球9比1控球率超过7成各项数据完全碾压假如不是福斯特多次开挂救险曼城在主场不止赢3球。

英超-曼城3-0领先曼联15分

  赛后声音

  瓜迪奥拉:“我们今天的发挥是顶级的绝对配得上三分。整个赛季德布劳内的表现都极为出色他很好的带动了全队。拉波尔特?他的首展露是惊人的我们为他的表现感到开心。”

  出场阵容

  曼城(433):

  门将:31-埃德森

  后卫:2-沃克、30-奥塔门迪、14-拉波尔特、35-津琴科

  中场:21-大卫-席尔瓦(8-京多安40)、25-费尔南迪尼奥、17-德布劳内(55-迪亚兹78)

  前锋:7-斯特林、10-阿圭罗、20-伯纳多-席尔瓦

  西布朗(442):

  门将:1-福斯特

  后卫:2-恩约姆、25-道森、26-赫加齐、23-麦考利

  中场:28-菲尔德(10-马特-菲利普斯55)、20-克里乔维亚克(18-巴里33)、5-雅各布、14-麦克林

  前锋:19-杰伊-罗德里格斯、9-隆东(15-斯图里奇78)

  (kerlon)

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