小白终于也能玩上真正的量子计算了!
2019 年底云计算江湖来了一波量子计算的小高潮,先是 11 月 4 日微软发布了 Azure Quantum 服务,12 月 AWS 又在 ReInvent 2019 上发布 Amazon Braket,让码农们各种激动。
我还写了一篇文章:AWS 每年的大招又来了,第一个就介绍了 AWS 这个量子计算的新产品。只可惜那个时候都是预览版,小白是无法直接上手使用的。
直到一年以后的 8 月,AWS 终于官宣了这个产品的 GA,可以在美东(北弗吉尼亚)和美西(北加州和俄勒冈)三个区域使用,真是千呼万唤始出来。
量子计算扫盲篇
Braket 这个名字还是很有讲究的,来自于著名的量子物理学家保罗·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902 年 8 月 8 日-1984 年 10 月 20 日)1939 年提出的“bra-ket”符号,也叫狄拉克(Dirac)符号。
再往下的数学物理我就基本上搞不懂了,翻翻 20 年前的大学物理课本好像也看不懂啥,当然量子物理不是我今天要谈的内容,关键是量子计算!
量子计算(Quantum Computing)主要是利用量子力学的原理来处理信息,这和我们经典计算机是不一样的。
经典计算机使用的是硅材料芯片,而量子计算机使用的是原子、离子、光子或电子等材料。
要搞明白量子计算,有几个关键的概念是必须理解的:
叠加(Superposition)
量子测量(Quantum measurement)
纠缠(Entanglement)
量子比特(Qubits)
一个中年大叔,在健身房里锻炼身体,要么向左转,要么向右转。用计算机的语言来说,我的状态要么是 0,要么是 1,不能同时向左或向右,即同时是 0 又是 1。
但是如果我是一个量子粒子,我就可以以一定的概率向左转,又有一定的概率向右转,我是无数个介于 0 或者 1 状态的线性组合,直到美女教练来看我,才能知道我的状态到底是 0 还是 1。我这种介于 0 或者 1 的状态,就是叠加。
美女教练来看我的时候,我要么向左,要么向右,而不是同时在左或者右的状态,就叫做量子测量。我因为教练的美貌,崩塌(collapsed)成了某个确定的状态。
对量子计算机软件设计而言,最重要的基础是量子比特(qubit),对应的就是经典计算机里的 bit。
经典计算机里的 bit 是 0 或者 1,而处于叠加态的 qubit 则是有一定概率是 0,有一定概率是 1。
比如说我们可以设置 70/30 的概率,也就意味着这个叠加态的 qubit 有 70% 的概率是 0,30% 的概率是 1,这种概率的状态对计算产生了巨大的优势。
对于处于叠加态的 2 个 qubits 而言,每个 qubits 可以是 0,1 或者同时,也就意味着可以同时表示 4 个值,即 00,01,10,11,而不像经典计算机里同时只能表示一个值,这对计算的速度和效率会产生巨大的优势。
例如下面将会提到的拥有 2048 个量子位的 D-Wave 量子计算机,同时可以表示 2^2048 个值,大约是 3.23E+616,也就是 3 后面跟着 616 个零,这个恐怖的数字超出了人类的想象。
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