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量子计算能解决现实世界的问题吗?

5分钟 读

量子计算的世界是如此复杂和雄心勃勃的,以至于有些人可能认为它属于科幻小说的领域. 但, 正如物理学家约翰·马丁尼和伊恩·沃姆斯利告诉“零压力”播客主持人海伦·沙曼所说的那样, 量子计算机可能会对人工智能等领域产生巨大影响, 运输、物流及国防 & 安全.

量子计算在1980年才出现, 但这是一项迅速崛起的技术,一些人已经期待它能产生重大成果. 它专注于发展基于量子理论原理的计算机技术, 这就解释了能量和物质在原子和亚原子水平上的行为.

而经典的计算机以二进制形式将信息编码为1和0, 量子计算使用量子比特或量子位, 这让它有可能利用亚原子粒子以多种状态存在的独特能力, 同时是1和0. 量子计算机解决当今经典计算机无法解决的复杂问题的潜力,让人们看到了这种技术将对社会产生深远影响的希望.

Breakthroughs in medicine through research into new molecules; solving complex logistical problems of transport systems and manufacturing; further development of AI; and advances in secure communications for the likes of the aeronautics and defence industries: all are mentioned as potential benefits that could be within our reach within the next couple of decades.

在一个有趣的讨论中, 前宇航员海伦·沙曼将从约翰·马蒂尼那里得到消息, 加州大学圣巴巴拉分校的物理学教授, 和伊恩·沃姆斯利, 伦敦帝国理工学院教务长兼实验物理系主任. 他们警告说,在我们看到能够产生实际应用来帮助社会的机器之前,仍有很大的发展需要. 不过,两人都乐观地认为这一天终将到来.

“机器现在可以解决有趣和重要的问题, 但目前还没有能够直接造福公众的项目,伊恩·沃姆斯利说. “但我们正处于扩大规模的阶段.”

到目前为止的进展

从物理学家保罗·贝尼奥夫在1980年提出的最初想法开始,量子计算已经取得了很大的进展, 但, 马提尼和沃姆斯利说, 它仍处于实验阶段. 也许最大的进步是在2019年实现了量子霸权, 一个来自谷歌人工智能量子的团队展示了一个可编程量子设备能够解决一个超越了最先进的经典计算机能力的数学问题. 约翰·马丁尼是这个团队的关键成员.

“量子霸权实验是为了证明量子力学是有效的, 你可以建立一个系统,马蒂尼说.

“我们正在稳步取得进展,这是一个重大的里程碑, 但我们需要更多的创新,并克服一些挑战,包括(马丁尼使用的超导平台), 需要在极低的温度下工作.”

其他挑战包括现有测试技术中的错误发生率, 以及影响光子平台在光学计算机中使用的吸收和不可预测性问题, 伊恩·沃姆斯利的专长. 像房子那么大的机器所消耗的能源是另一个需要解决的问题.

尽管如此, 正如沃姆斯利指出的那样, 已经有大量的公共和私人资金投入到这项技术的研究中, 哪个激发了竞争性的创造力, 让我们更靠近, 有一天,, 串口应用程序.

“在过去的几年里,英国承诺投资10亿英镑, 欧盟量子旗舰项目投资10亿欧元,美国国家量子计划投资1美元.沃姆斯利说.

“新加坡也有大型项目, 欧洲, 加拿大, 澳大利亚和日本, 而中国人的努力集中在他们的国家机构和大学. 有大量的公共资金投入其中,也有一些大公司在投资, 包括谷歌, IBM, 微软, 以及进入初创企业的私人风险资本. 当你把所有这些加起来的时候,它们就变成了真正的钱.”

潜在的好处?

虽然它可能不会马上出现, 一些专家认为,在不久的将来,量子计算可能会通过使用新的化学算法来提高植物产量来解决与气候相关的问题, 更好的化肥和杀虫剂. 此外,量子计算机还将用于优化航空航天、国防和运输等领域的复杂物流.

事实上, 伊恩•沃姆斯利说, 更简单的生成随机数的机器已经开始销售. 这些可能被用于市场模拟,生成安全通信的码板.

“量子计算机将遵循我们在台式计算机上看到的同样的趋势,约翰·马丁尼说. “这些复杂的程序将放在数据中心,我们将以远程访问任何强大程序的方式远程访问它们. 这就是普通人——而不是那些在政府机构或研究实验室工作的人——使用量子计算机的方式.”

他补充说:“谷歌希望在这个十年结束前建造一个百万量子位元的机器。.

“有很多人在努力研究量子计算技术. 它可能会对世界产生巨大的影响.”

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你可以在所有平台上找到“零压力播客”.