正如之前我們所說，實現(xiàn)未來元宇宙并非只有詩和遠方，其中支撐實現(xiàn)的硬核科技就包括，算法和算力的發(fā)展，那今天我們用一些時間和大家分享、探討，量子計算機、量子計算的那點兒事兒，通俗易懂的分享量子計算的原理。
前段時間，美國國會中國委員會成員湯姆克頓提議，建議全面禁止中國留美學生學習量子計算和人工智能，應該只給他們學習美國的自由氣息啊，就像小孩子鬧脾氣一樣，說要不給大人糖果吃，這個大家笑笑就好，畢竟政治作秀啊，我們早就看習慣了，平時都是用來下飯的，表示理解理解，不過呢，他把量子計算的重要性提高到和人工智能同一個等級，也就可以看出量子計算的重要性，今天我們就來用最通俗易懂的方式聊聊量子計算，量子計算到底有多強，為什么這么強，里面都是什么原理?
量子計算機到底有多強呢？它比經典計算機不是強幾百倍，不是強幾萬倍，也不是搶上一輩兒，是能強萬億倍，在講量子計算機之前，我們必須要以最簡單粗暴的方式稍微科普一下，量子力學，首先什么是量子呢？這個世界上有些東西是連續(xù)的，比如說水，但有些東西是一個一個的。比如說硬幣不存在0.5個硬幣這種說法，我就打死不信你們能給up主投0.5個硬幣了，原因很簡單啊，因為像你們這么大氣的老板，肯定都是直接投兩個硬幣的啦，怎么可能只投0.5個呢，好，物理學上也是一樣的，一個物理量如果分割到最小最小，那這個最小的不可再分割的單位就是量子化的說白了，你只要看見亮子，你就可以知道他是小到極限，一份一份的東西，比如量子范疇的基本粒子，就是人類已知的最小的粒子，它和剛才說的硬幣一樣，沒有0.5個，這種說法在量子領域一切都是非常的反常時，舉兩個我們等下會用到的量子力學現(xiàn)象：
首先是量子糾纏，如果你把兩個基本粒子糾纏起來，然后再把它們分開，比如說一個放北京，一個放南京，當你改變北京那個粒子的狀態(tài)時，南京的那個也會瞬間發(fā)生改變，盡管他們中間沒有任何聯(lián)系，無論多遠都可以，哪怕兩個粒子相隔幾百億光年，第二個是量子的疊加態(tài)，薛定諤的喵大家可能聽說過，他就是。來形容量子疊加的，大概的意思就是封閉盒子里面呢，裝了一只貓和一份毒藥，毒藥有可能泄露，也可能沒有泄漏，所以在你打開盒子觀察這只貓以前，這只貓它既是死的，又是活的，當然了，薛定諤的貓不是真實存在的，但他很好地為我們解釋了量子疊加的精髓，正常的貓呢，要么是死的，要么是活的，是死或生，同一個時刻，兩種狀態(tài)只能出現(xiàn)其中的一種，而量子貓呢，是兩種狀態(tài)同時出現(xiàn)，事實且生注意，關鍵呢，就是把或字改成且字非常的離奇，對吧，一只貓怎么可能又死又活呢？
以上現(xiàn)象基本上就是上面我們說的量子疊加和量子糾纏，物質的這種狀態(tài)被用于計算的時候，能極大地提升計算機的算力，先說說傳統(tǒng)計算機吧，大家可能聽說過傳統(tǒng)計算機的運行是依賴晶體管來操縱比特的，晶體管和比特是啥呢？一個手機芯片里面有幾十億個晶體管，晶體管在充電后可以在兩種不同的狀態(tài)之間切換，兩種狀態(tài)我們分別記作零跟一，很多個零一在一起呢，就能夠儲存和計算信息啦，而這個零或一的信息單元就叫做比特，舉個例子，比如a可以用01000001這個八位數(shù)來表示信息量呢，就是八個比特，其實就是芯片中八個晶體管在充電時候的狀態(tài)而已，而量子計算機不使用這些晶體管，也就是不使用經典比特，他是使用基本粒子做成了量子比特，量子比特對經典比特可以形成降維打擊，為什么呢？我們先說最好理解的，前面我們說過，量子力學有量子糾纏現(xiàn)象，成對或者成組的基本粒子發(fā)生糾纏后，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生。改變其他的立馬瞬間發(fā)生改變，量子比特也是一樣的，一個量子比特發(fā)生改變，其他有關系的量子比特也會瞬間發(fā)生改變，也就是你對一處地方下達的命令，其他地方會瞬間同步執(zhí)行，這就太無敵了，因為今天比賽需要一個變完了，再接著便下一個運行量一大自然就卡機了，這是量子計算機第一個非常強的地方。
再來說兩個稍微需要理解的提高計算機的算力有分兩種方法，一種是提升存儲能力，一種是提升處理能力，提升處理能力，這個很好理解，那為啥提升存儲能力也能提升算力呢？打個比方，假設你是呆萌可愛人見人愛，花見花開車見車爆胎的幼兒園小班扛霸子美女老師教你用手指算數(shù)，你用手上的十根手指能夠輕松的算出二加四等于六，但是呢，卻算不出12加六等于幾，因為算二加四的時候，你可以先伸出兩根手指再伸出四根，但是呢，算12加六的時候你手指肯定不夠啊，人一共才十根手指對吧，換言之，就是你的手指不夠存儲要運行的信息了，當然。受不了了，如果讓你來解決，那你要怎么辦呢？那還不簡單，找個女朋友讓女朋友幫忙啊，兩個人自然就能夠生出18根手指啦，也就是能夠存儲的下要運行的信息了，這就是為什么現(xiàn)在的計算機算力的提升，需要不斷的增加，電腦中晶體管的數(shù)量，超級計算機的體積都非常的大，就是為了能夠用上更多的晶體管，其實呢，就相當于你有了更多的手指來算數(shù)了，但這個辦法現(xiàn)在已經出現(xiàn)問題了，一個手機芯片就有幾十億個晶體管，晶體管的體積已經小到接近物理極限了，而量子計算機能夠通過量子的疊加態(tài)來解決這個問題，那為什么量子計算機就能夠提升存儲能力呢？前面我們說過，量子的疊加態(tài)和比特經典，計算機靠運行比特來進行存儲和運算，假如有一個比特，經典比特在同一個時刻要么是零，要么是一只能夠出現(xiàn)其中的一個，而量子比特因為有疊加態(tài)，同一時間能夠同時出現(xiàn)零和一小孩子才做選擇，腦子去。全要了，這時量子比特存儲的信息量是經典比特的兩倍，而如果是兩個比特呢，經典比特在一個時刻內要么是零，要么是一零，要么是零，要么是一一，只能夠是這四種情況的其中一個不可能同時出現(xiàn)，而量子比特呢，因為它能同時是零和一，也就是它能夠同時出現(xiàn)0010011，這時存儲量是經典比特的四倍，如果是四個比特呢，一共有16種情況兒，經典比特在某一個時刻只能夠出現(xiàn)其中的一種，但量子比特依靠疊加態(tài)卻能夠同時出現(xiàn)16種，如此類推，同樣是N個比特，量子比特的存儲能力要比經典比特強二的N次方倍，這有多夸張呢，放大一點，假設增加到300個，量子比特就能存儲下，整個可觀測宇宙中的所有原子，讓可觀測宇宙中的所有原子一起參與計算，量子計算機除了能提升存儲能力外，還能夠極大地提升計算機的處理能力，打個比方，假設你需要走迷宮，找出口，迷宮有很多的雙插口，如果你是經典計算機，那你只。能夠先走完第一條再走第二條，如果有30個雙插口，就有11條路等著你走，是不是很絕望啊，但如果你氪金了啊，成為了量子計算機，那可就不一樣了，之前我們說過量子比特，它有疊加態(tài)，能夠同時來表示零和一所以走迷宮，遇到雙叉口的時候，你可以同時寄走左邊右走右邊，俗稱兩開花，就像國際巨星孫悟空一樣，每遇到一個插口就拔根頭發(fā)，變個分身分頭行動，那能不快嗎？這樣子走下去，走著走著孫悟空就變光頭了，哦，不是很輕松的走出了迷宮，量子計算機的這種處理事情時能變分身并行走迷宮的本領，我們叫做并行運算，但這也有個問題，像二乘四乘六乘八，這個的確可以并行運算，變出分身，分別算二乘四和六乘八，然后再把結果相乘，但不是所有的問題都可以簡單地進行并行運算，比如100除以十，除以五除以二，這個算法還真的必須要一個一個按順序來算，不能夠并行運算，這種叫做串行運算，面對串行運算，你變多少個分身都不管。所以啊，并不是所有的問題量子計算機都那么的無敵，那怎么辦呢？誒數(shù)學，精明的人一眼就能夠看出來，改一下不就行了嗎？把100除以十，除以五，除以二，改成100乘以1/10，乘以1/5乘以1/2，那可不就變成并行運算了嗎？對的，沒錯，只要在算法上面下工夫，創(chuàng)新算法也能變成并行算法，只不過很多時候這個算法的變化是很復雜的，遠沒有除法變乘法簡單，并且因為運算方法的不同，量子計算機也需要自己獨立出一套量子計算機的特殊算法，才能夠發(fā)揮它的強大之處，如果非要用經典算法，那就等于白給，但是現(xiàn)在量子算法是叫做剛剛起步，所以哪怕量子計算機的工藝成熟了也還不夠，還要等量子算法的完善，才能出現(xiàn)更加實用的量子程序，不過，等通用型量子計算機普及后，我們人均脫發(fā)、黑眼圈的程序員也肯定會快馬加鞭地研究算法，畢竟這個有著巨大的利潤，所以迎來量子算法的大爆發(fā)是不成問題的，畢竟幾十年前經典算法的大爆發(fā)，也是這樣子來的。
說了這么多，大家能聽懂量子計算機的基本原理嗎？聽懂的話別忘了彈幕走波一哦，因為篇幅有限，一些內容我就省略了，比如量子計算機的分類信息等等，詳細的你可以閱讀參考資料，那我們下次見。
