量子計算機是什麼-白話量子計算機

計算機流體力學是什麼

一）窮舉法

近期中國量子計算機據說獲得了突破。

那麼量子計算機到底是個什麼東西。

首先，我們來看一道數學題。

給你一個64位的數字。例如：

1100001111000011111100010011110011000001001011110101111000101111

寫成8*8的方格，他是這樣的

1 1 0 0 0 0 1 1

1 1 0 0 0 0 1 1

1 1 1 1 0 0 0 1

0 0 1 1 1 1 0 0

1 1 0 0 0 0 0 1

0 0 1 0 1 1 1 1

0 1 0 1 1 1 1 0

0 0 1 0 1 1 1 1

把他的第一行，和第三行互換。

第二列，和第八列互換。

第五行如果累加超過3，就和第7行互換。

左上角9個數字，如果累加超過3，就和右下角互換。

把所有的數字，映象對拷一遍。

把所有的011，替換成110，110換成101，101換成011

…………

…………

這樣的操作，可以做無數無數次。

請問，我想要最後的結果，顯示出 54992 4761052722 52202 （“中國萬歲”）

我最初的輸入碼應該是多少？

這個問題，在傳統的“電子計算機”上。他是無解的。

因為這個數學問題，不存在“逆演算法”

好比減法是加法的逆演算法。

除法是乘法的逆演算法。

對數是乘方的逆演算法。

如果有了“逆演算法”，他的工作量是等價的。除法的計算速度，和乘法一樣快。

但是“現代密碼學”，一般是沒有逆演算法的。

現在密碼學最常用的，一個是排序，一個是替換。

這二個都是沒有逆演算法的。

在目前網際網路上，最主流的RSA加密演算法。其“演算法流程”是完全公開的。

私鑰如何形成金鑰。所有的演算法完全公開。

告訴你最終的金鑰是“中國萬歲”。

可是你要逆回溯。找出最初的64bit起始資料。那是千難萬難。

我們現在使用的計算機，被稱之為“電子計算機”。以矽基半導體為主。

現有的計算機，遇到這類問題。

他們一般的做法，是“窮舉”。

2^64 = 1844 億億

仔細想想，也不是太大的數字。

乾脆就“暴力破解”。從1~1844億億，一個個數字暴力窮舉。

你有幾萬臺機器，日夜不停算上幾年。也就算出來了。

二）量子計算機

好了，現在量子計算機來了。

量子計算機破譯這一類的問題，所需要的時間是：1秒鐘

什麼，1秒鐘。

那麼RSA64不行，換RSA128呢。也是一秒鐘。

再換RSA256，RSA65536呢。還是一秒鐘。

真心抓狂！

為什麼，因為“量子計算機”的原理不同。

量子計算機，就是一團凝固態的雲。目前一般是“光子”。

這一團雲的數值是什麼。我不知道，也不需要知道。

然後我把這一團“量子”輸送到量子計算機中去。

第一行和第三行互換。

第二列和第四列互換。

把011替換成110，把110替換成011

…………

…………

這些事全部都做完以後。他的結果，還是一團雲。數值還是不知道。

假設輸入端是X。

運算是f（x）

經過運算，輸出端是Y=f（x）

量子計算機的高潮在於，你說：“神啊，我要求結果Y=500”。

神說，好啊，Y=500

然後你拿一叢111110100的光子束去衝擊量子計算機。把“輸出端”定格在500。

輸入端偷偷飄下來一張

只要你告訴我Y期望值是多少。

我就立刻告訴你X應該是多少。

不管哪種f（x）

有了“量子計算機”，這個人類的邏輯鏈就完全顛倒過來了。

“量子計算機”的意義在於，根據結果，倒求原因

只要知道Y，“量子計算機”就可以告訴你X。

什麼邏輯原理，什麼推導順序，什麼窮舉法。

統統都不需要。

在小說《魔盜》中有一個場景，史上最強大的魔法師，叫做開米爾迪特。

這個傢伙本是一個廢材。底層學徒，鬥氣，魔法全弱。

可是這個傢伙，他精通“預言術”。

有過一次，開米爾迪特突發奇想。他在腦海裡構想了一幅丹爐。亂七八糟加入各種魔法草藥。

然後用“預言術”去看煉出來的結果。

預言的結果，不出所料99%都是渣。

高溫高壓呢，99。9都是渣

但是，也有0。1%的機會，他可以用一些很普通的草藥，練出絕頂仙丹。

因為有預言術，他可以廉價地做無數次實驗。

靠吃藥，嗑成了頂級高手位置。

接著他又幻想“逆行筋脈”。各種亂七八糟的練功方法。

亂練的結果，不出預料99。99%都是暴血而亡。

但也有0。01%的機率，他可以打通任督二脈。

於是這傢伙憑藉著“預言術”，自己摸索出一些練功方法。成為全魔法世界最強大的法師。

三）量子計算機的應用

量子計算機就是X，最適合用X的場合。

譬如前文說到的“破解密碼”。這真是再量身定做不過了。只要X執行一遍，變成Y。

Y是明碼金鑰。破解這玩意，只需要一秒鐘。

想開一點，在計算機系統引入“X”，還有很多的事情可以做。

譬如說，無數無數人在問的：“怎樣設計超厲害的戰鬥機”。

流體力學，始終是一個大麻煩。人類迄今為止，也沒有解出流體力學的基本方程。

對於整個流體力學框架一無所知。

目前的流體力學，基本是靠計算機一幀一幀，硬算死算撐過去。

然後再飛機建模，在風洞裡面吹。

而有了“量子計算機”。一切都不再成為麻煩。

飛機的外形，流線型應該是什麼樣子的。

假設為X。

輸入到量子計算機算一算。外形為X的機殼，在7倍音速的飛行中，會導致周邊空氣音障產生怎樣怎樣的變化。

X一步步變成Y。

最後，我要求Ｙ=0。01，風阻小於某一個固定值。

開啟量子計算機。立刻可以告訴你X，飛機的曲線形狀。

再譬如說，現代化學，幾乎就是“計算化學”。

人類要勝過上帝。人類要設計出一個化學分子式，具有怎樣怎樣的特效。

分子之間，透過化學鍵氫鍵互相連線。

若干個大分子之間，還會互相干擾。

這一整套的系統，被稱之為“計算化學”。

也是靠GPU實打實地硬算的。無數無數個計算單元，無數無數刀鋒伺服器。

多一個分子鍵，就要算好幾個月。

但是有了“量子計算機”，這一切都不需要了。

你直接問：“我需要強度比鋼筋強1000倍，重量比鋁輕20倍，請問分子如何設計”。

知道了Y，三秒鐘得出X。

爆炸力學的精密解。

“量子計算機”可以徹底改變我們這個世界的計算方式。許多神靈般的天算能力，你只需要給出答案，計算機會告訴你如何執行。

四）量子計算機的技術原理

量子計算機，主要透過“同源粒子對”來發生。

這是量子力學中的一種原理。

透過在虛空中產生一對“同源粒子”。則除了能量之外，其他任何物理學常數都守恆。相加必為零。

包括但不限於二者電荷，動量，角動量，自旋，費米數，宇稱…………

現代物理實現，一般選擇“自旋”這個量，因為實驗好操縱一點。

然後把同源粒子，一個放在A容器，一個放在B容器。

A容器中的粒子，你可以盡情地蹂躪它。對它進行各種運算。

AND，OR，NOT，XOR，所有二進位制演算法都可以。

經過了很長一段時間操作，X變成了f（x）

然後你再用“指定結果”去衝容器A。強行規定f（x）=1

另一個容器中，B會自動失去量子態。固定在某個值：“假如f（x）=1，請回答x應該是多少”。

上面這一段話，已經很拗口了。可是你有沒有仔細想一想，他真正的問題出在哪裡。

他只有1個bit！

我們搞了那麼大的工程，其實操縱的卻只有一個1bit，只有微不足道的資訊。

好了，現在搞複雜一點。我們搞4個bit。

一次性產生4個同源例子，abcd和-a，-b，-c，-d

第一組關在籠子A裡面，進行各種複雜操作。

等運算完了，開啟籠子B 。就回答了“若f（x）=0110，x應該是多少的問題”。

同時，4個粒子之間，也可以進行一些更加複雜的操作。

例如第一列和第二列互換。

人類的第一個“量子計算機”雛形。大約一直到2005年左右才完成。當時的處理能力，就是1bit。

此後，過了五年，2bit。

再過五年，4bit。

今天中國在“量子計算機”處於相對領先的位置。計算能力是多少呢。

坐好了，別跌下。

10bit。

也就是說，今天我們可以搞一個“X”的神諭。只要你告訴我f（x）的目標值，我可以立刻告訴你x應該是多少。

但是這個x，僅限於1~1024之間的某個數字。

你掰著指頭算。

過一會也算出來了。

順便回答一個問題，類似於f（x）= x^2 - 5x + 6

F（x）=0，求x是多少。

這種初中生都會算的一元二次方程，任何人都知道X=2，或者X=3

但是如果你用“量子計算機”去算，答案是X=2，還是3呢。

答案是，二者都有可能。

一般量子計算機算題，需要重複做十幾次，幾十次。然後選出現頻率最大的那個為準。

再譬如說，“下圍棋贏李世石362目”，這種問題怎麼解答呢。

答案是，跳不出X。還是混沌量子態。

五：量子計算機的童年

人類在“量子計算機”上面的進展十分緩慢。因為他的原料是“量子”。

是電子，光子，π介子，拜託！

這些東西，是以光速不停地晃來晃去的。尺度超級細微，要捕捉，並且穩定的控制它們，你知道有多難。

所有的“量子計算機”，都是在超低溫，臨界態下工作。

又或者“愛因斯坦—波色態”等等變態的量子云狀態。

這對工作環境造成了極苛刻的要求。

更糟糕的是，二個4bit的X湊在一起，不一定能做出8 bit。

因為量子是有“簡併態”的。

你一個容器裡放了4個量子，小心翼翼祈禱他們保持穩定。

可是原子核這麼大的地方，如果放進了8個量子，軌道就小很多了。

量子越多，越容易互相干擾

二塊4bit的量子云撞在一起，X1，X2或許就塌陷，宕機了。

破譯密碼，需要64位的“量子態”。

今天已經10位了，64位雖然很難，但至少也是有生之年看得見的。

但是之前說的，“設計飛機，設計流線體”。

這個X的要求就大了。誰也不知道多少位位元，才能描述一條曲線。

所以人類在量子計算機上，還有無數的路要走。

對於10 bit的量子計算機，在進行窮舉演算法時，效率是電子計算機的1000倍。

對於20 bit的量子計算機，在進行窮舉演算法時，效率是1000000倍。

對於30 bit的量子計算機，在進行窮舉演算法時，效率是1000000000倍。

而且僅僅有原型機不夠的。

Bit的運算種類，速度，可靠性，微縮性，都有大量的工程要做。

目前的“量子計算”，NOT的演算法，就是用電子束，精密地噴上去，再進行一次光耦合反應。

長此以往，這麼高成本的行為，怎麼吃得消。你不能要求每一次四則運算，都發生一趟正負粒子涅滅吧。

長遠來看，“量子計算機”也需要發明磁芯之類的穩定儲存器，12nm之類的精密執行緒。在運算速度和小型化上，都有很長的路要走。

六）結語

很多年以前，我們學小學數學時，老師總喜歡拿一些繞腦的應用題來虐我們。

例如小明的鉛筆，分小王一半，分小李三分之一，小王比小李多五支，請問小明還剩幾支。

諸如此類的噩夢，深深伴隨小學一二三年級。以至於我們總以為老師存有一顆掛樹的心。

從三年級開始，情況發生了質的改變。因為小學數學開始教X。

小明有幾支鉛筆，不要緊，可以假設為X。

小王1/2X

小李1/3X

1/2X – 1/3X = 5

你看，多簡單的數學題！

有了X之後，我們理解和透析整個世界的方法簡單了許多。

尤其是許多利息和存款成正比，dx=KX之類的問題。

這種東西，不列方程簡直解不出來。

靠人想，想破腦子你也想不明白垂鏈曲線CH（x），想破頭你也解不出“最快降落”

同樣道理，對於21cn的人類科學，也進入到了一個瓶頸。

有些東西，靠邏輯推理來想，是真心想不出來的。

譬如說，汽缸發動機，形狀要如何設計，才能壓縮比最高。

飛機的高速氣動機翼，要怎樣的流線型，才能阻力最小。

氣缸形狀的設計，燃油會在裡面反弧再反弧，互相影響。差一點點熱效率就差很多。

是“最初形狀”的多次複雜方程。很難用邏輯解開。一般都是靠建模計算機硬算。

量子計算機的發明，其實就是21CN的X。

形狀應該是什麼。我不知道。但可以假設為曲線X。

恍惚之間，我拿到了小學數學成績突飛猛進的鑰匙。