量子启迪 录讲的是什么
强大的量子计算机能够破解加密并处理典范机器无法处理的问题。固然目前还没有人胜利造造出如许的设备，但比来我们看到了朝上进步 的程序——那么，会是新的一年吗？目前，重视 力集中在一个被称为量子霸权的重要里程碑上：在合理的时间范畴 内，量子计算机可以完成典范计算机无法完成的计算。
谷歌在2019年初次利用具有 54 个量子位（常规计算位的量子等价物）的设备来施行称为随机抽样计算的根本上无用的计算，从而实现了那一目标 。2021 年，中国科学手艺大学的一个团队利用 56 个量子比特处理了一个更复杂的摘 样问题，后来又用 60 个量子比特将其推得更远。
但IBM 的Bob Sutor表达 ，那种逾越式 游戏 是一项尚未产生实正影响的学术成就。只要当量子计算机明显优于典范计算机而且可以处理差别问题时，才气实现实正的霸权，而不是目前用做基准的随机抽样计算。
他说，IBM 正在勤奋实现“量子贸易优势”——在那一点上，量子计算机能够比传统计算机更快地为研究人员或公司处理实正有用的问题。Sutor说，那还没有到来，也不会在新的一年到来，但能够预期在十年内。
量子软件公司Classiq的结合开创人Nir Minerbi则更为乐看 。他认为，新的一年将在一个有用的问题中展现量子霸权。
还记得第一辆电动 汽车 问世的时候吗？它们关于开车往 杂货店很有用，但也许不合适开车300公里送孩子上大学。就像电动 汽车 一样，量子计算时机跟着时间的推移变得越来越好，使其在更普遍的利用 中发扬 感化。
处理现实问题存在许多障碍 。起首是设备需要数千个量子比特才气做到那一点，并且那些量子比特也必需比现有的更不变和可靠。研究人员很可能需要将它们分组在一路，以做为单个“逻辑量子比特”工做。那有助于进步保实度，但会削弱规模的改进 ：数千个逻辑量子位可能需要数百万个物理量子位。
跟着时间的推移，量子计算时机变得更好，在一系列利用 中变得有用
研究人员还努力于量子纠错，以在呈现毛病时对其停止修复。谷歌在2021年7月公布 ，其Sycamore处置器可以检测并修复其超导量子比特中的错误，但施行此操做所需的额外硬件引进 的错误多于修复的错误。马里兰州结合量子研究所的研究人员后来设法用他们捕获 的离子量子比特通过了那个关键 的出入平衡阈值。
即使如斯，如今还为时过早。假设 通用量子计算机在新的一年处理了一个有用的问题，那将是“相当 令人震动 的”。在肆意时间内庇护单个编码的量子位，更不消说对数千或数百万个编码的量子位停止计算了。
量子计算机需要多大才气破解比特币加密或模仿分子？
估量 量子计算机将具有倾覆性，并可能影响许多行业范畴。因而，英国和荷兰的研究人员决定 摸索 两个判然不同的量子问题：破解比特币（一种数字货币）的加密以及模仿负责生物固氮的分子。研究人员描述了他们创建的一种东西，用于确定处理此类问题需要多大的量子计算机以及需要多长时间。
那一范畴的大部门现有工做都集中在特定的硬件平台、超导设备上，就像 IBM 和谷歌正在勤奋开发的那样。差别的硬件平台在关键 硬件规格上会有很大差别，例如运算速度和对量子比特（量子比特）的掌握 量量。许多最有前途的量子优势用例将需要纠错量子计算机。纠错能够通过抵偿量子计算机内部的固有错误来运行更长的算法，但它是以更多物理量子比特为代价的。从空气中提取氮来造造用于肥料的氨长短常耗能的，改进 那一过程可能会影响世界粮食欠缺和天气危机。相关分子的模仿目前以至超出了世界上最快的超等计算机的才能，但应该鄙人一代量子计算机的范畴 内。
我们的东西根据 关键 硬件规格主动计算纠错开销。为了让量子算法运行得更快，我们能够通过添加更多物理量子位来并行施行更多操做。我们根据 需要引进 额外的量子位以到达所需的运行时间，那严峻依靠 于物理硬件级此外操做速度。大大都量子计算硬件平台都是有限的，因为只要相互相邻的量子位才气间接交互。在其他平台中，例如一些捕获 离子的设想，量子位不在固定位置，而是能够物理挪动——那意味着每个量子位能够间接与大量其他量子位彼此感化。
我们 摸索 了若何更好天时用那种毗连远 远量子位的才能，目标是用更少的量子位在更短的时间内处理问题。我们必需陆续 调整纠错战略以操纵底层硬件的优势，那可能使我们可以利用比以前假设的更小的量子计算机来处理影响深远的问题。
量子计算机在破解许多加密手艺方面比典范计算机更强大。世界上大大都平安通信设备都利用 RSA 加密。RSA 加密和比特币利用的一种（椭圆曲线数字签名算法）有一天会随便 遭到量子计算进攻 ，但今天，即便是更大的超等计算机也永久不会构成严峻威胁 。研究人员估量 ，一台量子计算机需要的大小才气在它现实上会构成威胁 的一小段时间内破解比特币收集的加密——在它公布 和集成到区块链之间。交易付出的费用越高，那个窗口就越短，但可能从几分钟到几小时不等。
当今更先进的量子计算机只要50-100个量子比特。“我们估量 需要30[百万] 到3亿物理量子比特，那表白比特币目前应该被认为是平安的，不会遭到量子进攻 ，但那种尺寸的设备凡是被认为是能够实现的，将来的朝上进步 可能会进一步降低要求。比特币收集能够对量子平安加密手艺施行‘硬分叉’，但那可能会因为内存需求增加而招致收集扩展问题。
研究人员强调了量子算法和纠错协议的改进 速度。四年前，我们估量 捕获 离子设备需要 10 亿个物理量子比特才气破解 RSA 加密，那需要一个面积为 100 x 100 平方米的设备。如今，跟着全面改进 ，那可能会显着削减到仅仅 2.5 x 2.5 平方米的面积。大规模纠错量子计算机应该可以处理典范计算机无法处理的重要问题。模仿分子可利用 于能源效率、电池、改进 的催化剂、新素材 和新药的开发。进一步的利用 法式全面存在——包罗金融、大数据阐发、飞机设想的流体活动和物流优化。
什么是量子启迪 录？
想象一个加密的奥秘 文件突然 被破解的世界——那就是所谓的“量子启迪 录”。简而言之，量子计算机的工做体例与上个世纪开发的计算机完全差别。从理论上讲，它们最末可能会比今天的机器快良多良多倍。那意味着面临一个极其复杂和耗时的问题——好比试图解密数据——此中有数十亿的多个摆列，假设 有的话，一台通俗的计算机需要良多年才气破解那些加密。但理论上，将来的量子计算机能够在几秒钟内完成那项工做。如许的计算机能够为人类处理各类问题。英国政府正在牛津郡哈威尔投资国度量子计算中心，期看 彻底改动该范畴的研究。
一种用于量子计算的新语言
Twist是麻省理工学院开发的一种编程语言，能够描述和验证哪些数据被纠缠在一路，以避免量子法式中的错误。时间结晶、微波炉、钻石，那三个差别的工具有什么配合点？量子计算。与利用比特的传统计算机差别，量子计算机利用量子比特将信息编码为0或1，或两者同时编码。再加上来自量子物理学的各类力量，那些冰箱大小的机器能够处置大量信息——但它们远非完美无缺。就像我们的通俗计算机一样，我们需要有准确的编程语言才气在量子计算机上准确计算。
对量子计算机停止编程需要领会一种喊 做“纠缠”的工具，那是一种用于各类量子比特的计算机，它能够转化为强大的能量。当两个量子位纠缠在一路时，一个量子位上的动做能够改动另一个量子位的值，即便它们在物理上是分隔的，那引起了爱因斯坦对“远间隔鬼魂动做”的描述。但那种效劳 同样是弱点的来源。在编程时，丢弃一个量子位而不重视 它与另一个量子位的纠缠会毁坏另一个量子位中存储的数据，从而危及法式的准确性。
麻省理工学院计算机科学与人工智能 (CSAIL) 科学家旨在通过创建本身的量子计算编程语言 Twist 来解开谜团。Twist 能够通过典范法式员能够理解的语言来描述和验证量子法式中纠缠了哪些数据。该语言利用一个称为纯度的概念，它强逼 不存在纠缠并产生更曲看 的法式，抱负情状 下错误更少。例如，法式员能够利用 Twist 表达 法式做为垃圾生成的暂时 数据不会与法式的谜底纠缠在一路，从而能够平安地丢弃。
固然新兴范畴可能会让人觉得有点浮华和将来感，但脑海中浮现出浩荡 的金属机器的图像，但量子计算机具有在典范无法处理的使命中实现计算打破的潜力，例如密码学和通信协议、搜刮以及计算物理和化学。计算科学的次要挑战之一是处置问题的复杂性和所需的计算量。典范的数字计算机需要十分大的指数位数才气处置如许的模仿，而量子计算机可能会利用十分少量的量子位来做到那一点——假设 那里有准确的法式。 “我们的语言 Twist 容许 开发人员通过明白阐明 何时不得与另一个量子位纠缠来编写更平安的量子法式，”麻省理工学院电气工程和计算机科学博士生、有关 Twist的新论文的次要做者 Charles Yuan 说. “因为理解量子法式需要理解纠缠，我们期看 Twist 为开发语言展 平道路，让法式员更随便 应对量子计算的特殊 挑战。”
解开量子纠缠
想象一个木箱，它的一侧伸出一千根电缆。您能够将任何电缆从包拆盒中拉出，也能够将其完全推进 。
在你如许做一段时间后，电缆会构成一个位形式——零和一——取决于它们是在里面仍是在外面。那个盒子代表了典范计算机的内存。该计算机的法式是关于何时以及若何拉电缆的一系列指令。
如今想象第二个外看 不异的盒子。那一次，你拉一根电缆，看到它呈现时，其他几根电缆被拉回了里面。显然，在盒子内部，那些电缆不知何故彼此缠绕。
第二个框是量子计算机的类比，理解量子法式的含义需要理解其数据中存在的纠缠。但是检测纠缠其实不简单。你看不到木箱，所以你能做的更好的就是测验考试拉动电缆并认真推理哪些是纠缠的。同样，今天的量子法式员不能不用手推理纠缠。那就是 Twist 的设想有助于推拿此中一些交织的部门。
科学家们设想的Twist具有足够的表示力，能够为闻名 的量子算法编写法式并识别其实现中的错误。为了评估Twist的设想，他们对法式停止了修改，以引进 某种关于人类法式员来说相对不容易察觉的错误，并表白Twist能够主动识别错误并回绝法式。
他们还丈量了法式在运行时方面的现实施行情状 ，与现有的量子编程手艺比拟，它的开销不到4%。
关于那些担忧量子在破解加密系统方面的“龌龊”名望 的人来说，Yuan 表达 ，目前还不清晰 量子计算机在理论中可以在多大水平上实现其性能许诺。“在后量子密码学方面正在停止大量研究，那些研究之所以存在，是因为即便是量子计算也不是全能的。到目前为行，有一组十分详细的利用 法式，人们在那些利用 法式中开发了量子计算机能够超越典范计算机的算法和手艺。”
重要的下一步是利用Twist创建更高级此外量子编程语言。今天的大大都量子编程语言仍然类似于汇编语言，将初级操做串在一路，没有重视 数据类型和函数等工具，以及典范软件工程中的典型内容。
量子计算机随便 出错且难以编程。通过引进 和推理法式代码的“纯度”，Twist 通过包管一段纯代码中的量子位不会被不在该代码中的位更改，朝着简化量子编程迈出了一大步。 那项工做得到了麻省理工学院-IBM 沃森人工智能尝试室、国度科学基金会和海军研究办公室的部门撑持。
【正文. 量子计算机】
量子计算机是一种间接操纵量子力学现象（如叠加和纠缠）对数据停止运算的计算设备。量子计算背后的根本原理是量子属性能够用来表达 数据并对那些数据施行操做。
虽然量子计算仍处于起步阶段，但已经停止了一些尝试，在那些尝试中，量子计算操做是在十分少量的量子比特（量子二进造数字）上施行的。理论和理论研究都在陆续 停止，许多国度政府和军事帮助机构撑持量子计算研究，以开发用于民用和国度平安目标的量子计算机，例如密码阐发。
假设 能够建造大规模的量子计算机，它们将可以比我们目前的任何典范计算机（例如 Shor 算法）更快地处理某些问题。量子计算机差别于DNA计算机和基于晶体管的传统计算机等其他计算机。一些计算架构（例如光学计算机）可能会利用典范的电磁波叠加。假设 没有一些特定的量子力学资本，例如纠缠，揣度 不成能超越典范计算机的指数优势。
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