【计算机】谷歌的量子霸权是怎么回事

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精华笔记

前段时间谷歌号称实现了量子霸权，量子计算为什么那么厉害？

一、电子计算机
1. 电子计算机的问题是摩尔定律快要迎来极限，计算能力不能继续以原有的速度提升；

2. 电子计算机的原理使很多问题处理不了，例如并行计算问题；

二、复杂度
3. 计算机处理问题的快慢有一个指标叫算法的复杂度。也就是用某种算法去解决一个问题，最多要进行多少次运算。电子计算机的计算原理导致算法复杂度太高；

4. 如果一个具体问题的规模的大小用N表示，比如说在N个对象里找出一个目标对象，那么复杂度通常是N的函数，用两分法寻找目标的复杂度是Log2 N；

5. 但是很多问题的复杂度非常高，通常是e^N。也就是随着计算规模N的增大，复杂度呈指数级增长。e^N是一个无限增大的复杂度，电子计算机在处理这种问题时会变得非常困难；

三、量子计算机
6. 量子计算机原理上利用的是量子系统的特殊性质：一个系统可以同时处在不同的状态；

7. 量子计算机用相互纠缠在一起的量子纠缠系统来充当计算单元。例如一个电子可以同时处在自旋向上和自旋向下的状态下，上和下分别表示1和0。也就是一个量子状态下的电子，可以同时表示0和1的信号；

| 多电子纠缠系统

8. 如果是两个纠缠在一起的电子，就可以同时表示4个信号：00、01、10、11。以此类推，N个电子就可以同时表示2^N个信号。谷歌研究出来的是53个电子的纠缠态系统，对应于一亿亿个信号；

9. 随着相互纠缠的电子数的增加，量子计算处理信号的能力呈指数级增长，就可以把复杂度是e^N这样的问题变成复杂度线性增长的问题。所以量子计算机从原理上可以碾压电子计算机，这就是为什么谷歌的研究成果被称为量子霸权。