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中国为何要研制量子计算机?过去吃的那些亏你知道吗?

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中国为何要研制量子计算机?过去吃的那些亏你知道吗?

雪花又一年 2018-05-02 15:58:00 浏览137 评论0

摘要: 日前,中科院正式宣布:世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生,并在上海举行了新闻发布会。这一重磅消息不仅让网友纷纷大赞,也吸引了外国媒体的注意。 中国量子计算机现状 此次的“世界首台”是货真价实的“中国造”,是朱晓波、王浩华和陆朝阳、潘建伟等人通力合作之成果。

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日前,中科院正式宣布:世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生,并在上海举行了新闻发布会。这一重磅消息不仅让网友纷纷大赞,也吸引了外国媒体的注意。

中国量子计算机现状

此次的“世界首台”是货真价实的“中国造”,是朱晓波、王浩华和陆朝阳、潘建伟等人通力合作之成果。这台具有跨时代意义的量子计算机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。

据了解,在光量子计算方面,潘建伟、陆朝阳等利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源,通过电控可编程的光量子线路,构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。

测试结果表明,该原型机的取样速度不仅比国际同行类似的实验加快了至少24000倍,还超越了人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机的运行速度。

当然,中科院消息公布之后,业内也不乏质疑之声,毕竟在上个月底,疯狂造假的中国医学论文已经引起了公愤。中科院官微迅速在回复中附上了链接,以实证为言论负责。

那么,研发量子计算机有何作用呢?据专业领域人士透露,量子纠缠一旦到达30个甚至是50个之后,就能在各项产业链生态圈铺开,届时对现在的社会冲击力之大绝对是颠覆性的,关系到一个国家未来发展的基础计算能力,一旦形成突破,会使掌握这种能力的国家迅速建立起全方位战略优势,引领量子信息时代的国际发展。

也可以说,这是一场新的工业革命,谁先掌握规则,谁就能掌握世界。

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量子计算机的原理及特点

量子的概念与爱因斯坦有关。
量子计算机是计算机领域的新革命,是巨无霸。
那什么是量子计算机?

我们现在对电子计算机很熟悉,但很少人知道它和量子计算机的区别在哪儿。简单来说,就是计算能力。量子计算机的计算能力之所以强过传统电子计算机,原因就在于两者存储信息与运算方式上的不同。
传统电子计算机的计算方式是串行运算,一个算完算下一个。而量子计算,由于这种叠加态,天然就能并行运算。比如电子计算机要分成50次计算完成,量子计算机则可以把这过程分成50个部分,同时计算完成,再叠加给出结果。

这就比方说,你一个人要完成一项工程,原来只能一部分一部分地做。现在你突然有好多个分身,同时可以做不同部分的工作,最后一举把工程完成了。效率是不是高了很多。
量子计算机:是指利用量子相干叠加原理,理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。

实验测试表明,这次中国科研团队研究出来的原型机的“玻色取样”速度不仅比国际同行类似的之前所有实验加快至少24000倍,同时,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)运行速度快10-100倍。
“量子”电脑不怕死机。

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科学家表示,量子计算机与传统计算机在外形上有较大的差异:它没有传统计算机的盒式外壳,看起来像是一个被其他物质包围的巨大磁场;它不能像现在计算机那样利用硬盘实现信息的长期存储。但它自身拥有独特的优点——
首先,量子计算机处理数据不像传统计算机那样分步进行,而是同时完成,这样就节省了时间,更适于大规模的数据计算。其次,量子计算机的问世可以解决困扰传统计算机微型化、集成化难题。最后,量子计算机不怕“死机”——当其系统的某部分发生故障时,输入的原始数据会自动绕过该部分,进入系统的正确部分进行正常运算。
奇形怪状功能强大。

尽管目前量子计算机的研究仍处于实验室阶段,但不可否认终有一天它必然会取代传统计算机走入寻常百姓家。据专家预见,在不远的将来,会出现一种工业,可以将量子计算设备嵌入到任何东西当中去,不必再像现在这样将一台个人电脑放在桌上,也许到那时桌子本身就是一台计算机,汽车轮胎可以计算速度和闸动力,医生可以将量子微型计算机插入到人体血液中以杀死肿瘤细胞……

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中国为什么要研制量子计算机

当今人类社会进步与经济发展向计算机提出了几乎是无止境的需求,因特网的普及更加大了这个需求。1960 ~1992 年间缩短为每5 年翻一番。人们预计2020 年以后信息量每73 天就要翻一番。计算机性能的提高远远满足不了人类社会信息量的增长所提出的需求,研制更高性能的计算机始终是信息领域的重要课题。

由于其巨大的潜在价值一直是国际角逐的焦点,欧美日澳大利亚各国都在积极整合各方面研究力量和资源,开展协同攻关,同时,谷歌、微软、IBM等大型高科技公司也在政府的支持下强势介入量子计算研究。

在传统科技领域,很多方面其实已经为欧美国家的企业所控制,甚至垄断。这使得中国的企业无论怎样,很难在这些传统科技领域打破其格局。

考虑到量子计算对诸如人工智能等领域的作用,未来或许将形成巨大的连锁反应,推动中国科技全面快速发展,全面超越欧美国家,我国政府也高度重视量子信息技术的发展。
量子计算技术不仅能克服现代半导体工艺因为尺寸减小而引起的热耗效应,还能利用量子效应实现功能强大的并行计算,极大地提高计算速度和信息处理能力。规模化通用量子计算机的诞生将极大地满足现代信息的需求,在海量信息处理、重大科学问题研究等方面产生巨大影响,甚至对国家的国际地位、经济发展、科技进步、国防军事和信息安全等领域发挥关键性作用。

有助于提高国际影响力
信息是当今世界最为重要的战略资源,计算机技术是现代信息技术的核心,信息处理能力是信息时代的基本生产力,是国家的核心竞争力,体现国家综合实力的重要标志。美国在计算机和互联网的过程中积累了其强大的国际影响力,全球互联网的根服务器绝大多数在美国,CPU、半导体、存储器等基本被垄断。量子计算科技革命给了我国一个从经典信息技术时代的跟踪者、模仿者转变为未来信息技术的引领者的、不可错过的伟大机遇。

经济影响力
量子计算机能克服现代计算机发展所遇到的能耗和量子效应问题,从而摆脱半导体行业面临的摩尔定律失效的困境,同时突破经典极限,利用量子加速、并行特性解决经典计算机难以处理的相关问题。作为现代计算机的颠覆者,未来量子计算机会像经典计算机一样形成庞大的技术产业链,带动包括材料,信息,技术,能源等一大批产业的飞跃式发展,在国民经济生活中产生重大影响。量子计算机强大的并行计算和模拟能力,将为密码分析、气象预报、石油勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供了解决方案,从而为提高国家整体经济竞争力创造条件。

科技影响力
目前,海量数据处理已成为急需攻克的壁垒。当前计算机处理海量数据的能力非常薄弱,传统计算机已经远远无法满足信息量爆炸式增长的需求,而量子计算机正好能有效满足这一需求。量子计算机在科学研究领域具有广泛应用前景。学术界认为,在量子计算机达到大规模应用的比特数之前,将首先用于对量子体系的模拟。量子计算机利用其特殊的量子力学原理,将为强关联等物理学提供完美的检验平台。同时量子计算对于生物制药、机器学习、人工智能领域将产生深远影响,并对提高国家科技影响力起到积极作用。

军事影响力
量子物理与计算科学第一次大规模结合的直接原因就是研制核心武器的需求。在计算技术的发展历程中,军事应用价值始终是其重要推动力之一。量子计算机的强大功能应用到国防建设时,其强大的运算、搜索、处理能力,将为未来武器研发提供计算、模拟平台,缩短研发周期,提高武器研发效率。还将在未来战场上破译加密密文,为及时高效准确的情报和战况分析提供技术支撑,提升作战能力,同时在战场计划、组织决策、后勤保障等方面发挥巨大作用,甚至有可能改变未来战争的形态,能够极大地增强国防综合实力。

国家信息安全
量子计算机最受关注的重要应用之一是破译现代密码体系。研究表明,目前使用的RSA公开密钥体系在量子计算机面前将不堪一击。此外,量子计算对于信息安全的威胁还具有前溯性,如果现在的通信网络流量遭到窃听并被存储下来,未来潜在的对手利用量子计算能力,就能对这些通常加密的信息进行破解,从而在多年以后将威胁范围追溯到当前。量子计算机的研制已经成为国际社会关注的焦点,其对国家安全体系的重大意义不言而喻。
日常生活中,比如预测天气、解决交通拥堵等问题,比如在金融的分析投资、医疗领域的诊断等,都能借此变得更加高效、准确。

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传统计算机领域我们吃了多少亏

以前,我国由于没有国际先进水平的高性能计算机,勘探的石油矿藏数据和资料不得不用飞机送到国外去处理,不仅费用昂贵,而且受制于人;国内一家单位想进口一台运算速度每秒400万次的计算机,外方居然提出:为这台机器建一个玻璃房子“安全区”,中方人员上机操作,必须在外方监控下进行。

自改革开放以来,中国在信息技术领域一直存在“缺芯少魂”的问题,这不仅严重制约了本土技术和产业的成长和发展,还对国家的信息安全造成了巨大的隐患——从海湾战争中萨达姆的防空系统突然瘫痪,到2007年以色列轰炸叙利亚东北部的一处潜在核设施时,叙利亚预警雷达因通用处理器后门而失效,再到2012年伊朗布什尔核电站在信息系统物理隔绝的情况下遭到震网病毒的攻击……残酷的现实向世人阐释了只要存在国家和利益斗争,给CPU或操作系统留后门的行为就永远存在。
虽然“天河二号”在超级计算机排行榜上连续多年位居第一,但是其核心部件仍然是英特尔提供的处理器,直到此次“神威·太湖之光”才首次实现芯片的全国产。

芯片应用于计算机、消费电子、网络通信、汽车电子等多个领域,虽然中国超级计算机的芯片实现了国产,但是在大多数行业中,中国制造仍然高度依赖进口芯片。中国社科院发布在《2014年经济蓝皮书》中表示中国国内90%的芯片来自于进口。国家海关总署的相关统计也佐证了这一说法,2015年中国集成电路净进口数为1312.57亿个,净进口额达到1608.65亿美元。

传统计算机的CPU处理器、操作系统、存储技术、闪存、GPU技术等,包括手机处理器端,大部分还是进口。说点联系密切的,大家想想我们十几二十年前前买一台笨重的台式机需要多少钱?进口的则更贵!买一个正版的windows98操作系统要好几千。这么多年我们花了多少冤枉钱?这还不说一些硬件软件上故意留下的后门、暗门,造成的损失有多少?技不如人啊!
整体而言,中国芯片企业技术水平和英特尔、高通等行业巨头仍有一定的差距。

去年中国成功地发射全球首枚量子卫星,说明我国在这方面具有良好的基础与能力。因此,只要我们发力,同时从硬件、软件、材料等多方面着手进行研究、布局,这样,中国在量子计算机上的发展,就不怕会落后于欧美国家,或许将能进一步赶超欧美,突破其技术垄断。
国家强大了,我们个人才能好。
不说啦,为祖国鼓掌,为奋战在第一线的科研团队鼓掌!

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原文发布时间为:2017.05.10
本文作者:军旗猎猎
本文来源:简书,如需转载请联系原作者。

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