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呃最近呢很多朋友问说听说谷歌已经量子八全了,哎,这是咋回事呢?那今天啊咱们就来简单的唠一唠这件事啊。 呃其实关于量子计算机的内容呢?呃我之前说过啊,大概有六七个视频。呃所以至于什么是量子计算机,然后相对于传统计算机他都有哪些优势等等问题啊,咱们就不再详细的展开了啊,感兴趣的朋友可以去看一下之前的视频。那今天呢,呃咱们就是简单的来说一下啊。 那好啊,咱们先来说什么是量子计算机呢?使用量子比特进行运算的计算机啊,就叫做量子计算机。 那啥是量子比特呢?就是具有量子性质的比特啊,但是显示是句废话啊。呃传统计算机啊,使用的是二斤制啊,你比如说你键盘打的字啊,然后你在电脑上看到这个图片呢?哎这些对于计算机来说啊,它就是一串二斤制序列,那就是幺零幺 幺零啊。那计算机怎么去表示这些幺零幺零呢?就是通过晶体管或者不同电路的两种状态啊, 你比如说这个晶体管通电,他就是一,不通电呢就是零啊,这就像是一个小灯泡一样的吧,亮就是一,不亮就是零。你这样我有一堆不同状态的小灯泡在一起,这就是一串二斤之训练。那翻译过来可能就是你看到的这个视频或者呢是一张图片等等啊, 那这里边的一个一啊或者是一个零啊,这就是一个最小的信息单元呢,他就叫做一个比特。那量子比特有什么好处呢? 薛定恶的猫还记得吧,说一个处于叠加态的猫,他是既死的又是活的啊,也就是说一个处于叠加态的量子比特,我可以让他既是一又是零。注意啊,是既是一又是零啊,那一个比特同时处于两种状态,那这在即 经典当中,这是不存在的啊。那如果说两个量子比特,我可以表示多少种状态呢?四种对吧?所以 n 个量子比特呢,就可以同时表示二的 n 次方种情况啊,这就是优势所在啊,也就是通常说的量子病情运算的能力啊, 也正是这种巨大的优势,才让人们对量子计算机充满了向往啊。但是啊,道路往往是坎坷的啊, 你比如说我具体采用什么作为这个量子比特呢啊?因为你量子态这是比较娇惯的啊,就你看他一眼,他就害羞了啊,咋的了?所谓的波函数探索了啊,就 叠加态就探索成经典态了吗?也就是我本来是既表示一又表示零,你一测量呢,就只能表示一啊,或者表示零,也就变成这个经典比特了。当然,除此之外还有很多困难啊,咱们就不再追述了。那么这么困难的一个东西,我怎么样才能够 让人们相信啊?我们是能够把它做出来呢?或者又是那个很现实的问题啊,我怎么样才能够让投资者相信啊?我这个钱没白花,对吧?至少你你得给点希望啊,你光有优势做不出来,那也是白扯啊。 呃,再加上其实在经典计算机领域呢,有这么一个猜想啊,叫做丘其图灵论题,简单说就是所有你能够想出来的算法都可以在图灵机上执行,这图灵机就是现代计算机的基础啊。 那这个猜想呢就是既不能证明也不能政委啊。呃不过一般认为是正确的啊,这个也没什么争议的。不过呢还有一个广义秋棋图灵论题,你看 大致意思呢就是说你任何其他特殊设计的计算机只能够比通用计算机多项式的更快啊,啥意思呢?通俗说就是你可能会比我快啊,但是不会快很多。 相反的如果你可以很快那么我就一定可以找到类似的算法啊,也很快啊,就能能大概明白这什么意思吧。这个广义秋七同龄问题呢。呃在量子计算机之前也普遍认为是正确的啊,所以你会发现哎这么多年就没有新型的这个计算机撼动经典计算机的位置啊。 但是啊,大概从一九九三年开始呢逐渐什么就认为了说如果想要打破这个广义秋旗同轮轮梯啊,那可能就只有量子计算机了,虽然那个时候是一个量子比特还没造出来呢啊不过在理论上我确实存在一种可能了。 所以呢人们就提出了一些这个阶段性的小目标啊。你比如说我先让量子计算机啊在某一个问题上处理的速度呢要大于经典计算机。哎,一个问题就行啊,这个计算机处理问题他光有晶体管是不行了对吧。你还需要逻辑门呐 进行逻辑运算啊。简单说就是需要一种算法啊,你比如说这个两位数的乘法对吧。那如果说不给你计算器你怎么计算呢啊?说各位乘各位然后各位乘十位,那么以此类推,这就是算法啊,把这个算法翻译给计算机,计算机也就可以进行乘法预算了。 所以,那现在的小目标呢,就是我要找到一个量子计算机的算法啊,那他在处理某个问题上的这个速度呢,要比经典计算机要快啊,那刚才也说了,你还不能够是多项式的快,对吧?就就是你还不能快一点啊,那必须至少得是成指数式的快啊,那就行了, 二零一二年呢,这个物理学家赵云 prosq 就说说,一个量子计算机只需要超过五十个量子比特,那么在处理特定的问题上啊,他的效率就会远超过经典计算机,到那个时候呢,那就是量子霸权时代了。其实啊,这个翻译 不得不说有点标题党啊,因为首先人们还没奢求说我对于所有问题啊,这个量子计算机都能够超过经典计算机呢啊,就我只需要一个问题啊,我先给吃法群众和投资者点信心就足够了啊。那话说回来,你具体怎么去实现这个量子霸权的阶段性小目标呢? 呃,到目前为止啊,在理论上已经有很多种算法,就量子计算机都是占有绝对优势的啊,你比如说可以快速破解 rsc 密码的瘦耳算法啊,因为 rc 密码你想要用经典计算机破解啊,也不是说不能破解吧,但需要巨长的时间,就现实意义就等同于不能破解。 但是呢,之前咱们说过啊,想要实现授尔算法啊,按照目前的技术,至少需要几百万甚至上亿个量子比特啊,你们也能看到,目前人们还在这几十个量子比特值较劲呢啊,所以那想要通过授尔算法来迎接量子 八圈啊,现阶段是不太可能了,但是什么着急啊,对吧,你你,你,赶紧给我信心呢。所以呢,人们就一直在想其他的这个算法, 近几年呢,人们讨论出了两种方案来,可以来实现量子霸权,就是我在某一个问题上啊,占据绝对的优势,那就成只舒适的快啊。这两个问题呢,一个是波色采样啊,一个就是这个量子随机电路采样啊。 呃,随机电路采样就是这次谷歌的方式播测采样呢,这个咱们国家这几年也正在研究啊,那下面咱们就来说一下,就谷歌这次的随机电路采样,这啥意思呢? 你们看啊,量子太他有什么优势呢?你比如说薛定哥的猫啊,既死又活,我看他一眼呢,他就会探索到死或者是活两种状态。其一,但是注意啊,这种贪梭是随机性,也就是我不确定啊,他会告诉我什么样的结果,我只是知道他这个概率是 百分之五十啊,这不就像是你抛硬币一样吗?对吧,理论上你是不知道下一次的这个结果会是什么呢啊,那咱们举个简单的例子啊,你比如说 有这么十个量子比特啊,就摆在这了,我挨个测量一下啊,那每一个他都会随机探索到一或者是探索到零啊,那我把这十个量子比特的结果我这么一采集,哎,我是不是就得到了一个十位的二十斤之数了呀? 而且这个数是怎么来的呀?随机来的,哎,这就是量子的特点呢?随机性吗?那恰恰这种特点啊,是经典计算机不具备的啊。可以这么说,现在所有大家使用的这个计算机生成的随机数啊,都不是真随意数,都是尾随艺术。啥意思呢? 这个没学过编程的啊,确实不是很好理解啊。这样,比如说现在呢,有这么一个小程序啊,就这么一个按钮啊,你按一下,他就 会随机生成一个十以内的一个自然数啊,零到九。那这个随机数计算机是怎么来的呢啊?说通过软硬盘数来的,可是你软硬盘数是怎么来的呢? 是通过固定算法来的啊,比如说什么线性同于啊,或者我干脆我从派里边给你找啊,那比如说你点一下,我就给你显示派的第一位,哎,就是三,你再点一下呢,我就给你显示第二位,就是一啊,以此类推。但是这个办法太粗糙了,对吧?而且你一眼就看出来了啊, 那没关系啊,你比如说我可以按照等比数列的位数给你,我说一二四八位,哎,这么一次给你,这你就不会发现了吧?那这么操作算不算随机数呢? 也算哈,因为派的这个数字可以看作是随机出现的,就至少目前我们是这么认为的。但是这种随机是有规律的啊,就是有固定算法的,那这就叫做尾随礼数,就是理论上我只 要知道了这个算法,我还是能够预测他下一次要出现的数。那说想要做到真随机怎么办呢?那就得需要外机设备啊,你比如说我直接去测量这个放生元素,他的半摔漆啊,我测量电子原件他的噪音等等,或者我干脆我就测量一个骰子,对吧?他出现几,我就记录几,哎,这些就可以叫做真随机了。 总之,经典计算机想要得到随机数啊,或者验证一串数,他是不是随机的,这是一件很复杂的事啊。不, 不过呢,这件事对于量子计算机来说啊,哎,他好像就没那么复杂了啊,因为量子比特他本身就具有随机性啊,你比如说刚才说的这个例子啊,十个量子比特,我这么一测量,一串随机的二进车序列,这就出现了啊, 这明显要比经典计算机要快啊,就有点玩赖了,对吧?但是我们要做的是光快不行,对吧?你还得是成指数使得快,而且按照当年 press q 的这个 陈述,你还得大于五十个量子比特。所以呢,这次谷歌的这个量子计算机啊,严格来说也不能叫量子计算机了啊,就量子处理器啊,用了五十三个量子比特,然后呢,我提前设计好一个量子电路,简单说就是我让这五十三个量子比特啊,怎么去纠缠,怎么去叠加啊, 那结果呢,就相当于是这每一个量子比特啊,他在输出的时候呢,他不是百分之五十的概率变成一或者变成零了啊,就这个概率他可能就不平均了。然后呢,我多次输出结果进行采样啊,你比如说一百万次啊,两百秒人搞定了啊, 那现在问题就是你这一百万次结果他是否满足我这个电路设计他应该出现的概率呢?哎,这件事就得用经典计算机来验证了啊。那就用说现在最拽的算法啊,最拽的超级计算机,哎,也是一万年哎,你看这 种指数式的优势啊,这就体现出来,而且这次人家是双指数啊,就能明白大概这个意思不再说白了就是要论产生随机数,哎,你经典计算机就比不上我量子计算机啊。 那这样,你按照之前的定义,哎,这确实是量子霸权了啊,就是我一个问题,超越了经典计算机了,现阶段的小目标呢,就算是完成了啊,同时我还验证了说广义秋旗图灵伦题啊,它是错误的啊,一举两得。 而且啊,说实话啊,这个随机线路采用这个办法呢,从想出来开始啊,人们就知道就他很好实现,当然是相对来说啊。 呃,所以即便谷歌不做, ibm 也会做, ibm 不做,阿里也会做啊,毕竟让大众对量子计算机充满信心啊,这是重要任务之一,就看谁先迈出这一步了啊。所以你要问这次的意义呢,那就是第一次证明了 量子计算机啊,在处理某些问题上确实可以超越经典计算机啊,就是给大家吃个定心丸。哎,这别的可能也没啥了啊,因为要论什么难度啊,还没有之前谷歌内七十二个量子比特难度大,而且,呃,这次也没有纠错机制啊, 这一次的目的很单纯啊,就是奔着量子八泉和广义休息途径论题来了啊,而对于随机线路采样这个算法本身来说呢,呃,你可能感觉这就是生成随机数呗,这能有啥用啊。呃,目前也确实没啥用啊,不过未来啊,也许可能会运用到量子化学啊,什么这个加密等等领域啊,这都不好说。 那最后一个问题啊,呃,有同学问说为什么谷歌又把这个论文给撤了呢?应该是还没有过同行评审啊。呃,不过在一些育人的网站上已经可以下载了啊,估计过一阵可能会重新发布出来的啊。当然啊,我们也不排除这个 好多的嫌疑,对吧?总之还是那句话,量子计算机任重道远啊,像咱们之前也说了,这是一个有生之年的项目啊,而且就算是有生之年完成了,那也很大概率是科研机构来用的,就是针对什么特定的这个复杂的算法啊。啊,你比如说我现在就生产出一台这个量子计算机啊, 别的啥也干不了,就只能进行首尔算法破解 rsa 密码,那就足够了,就足够改变目前的加密体系了,那必将是密码学的一场革命啊。 不过这个目标还很远啊,所以不要觉得说呀,谷歌已经量子霸权了,然后再过两年啊,量子计算机就会进入千家万户啊,我就可以打游戏了啊,还早着呢啊,好吧,那今天咱们就聊到这,我是王秘书,一个交织的理工男,下期见,拜拜。