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量子计算能给整个产业乃至世界带来什么?

本文将向你介绍量子计算的基本概念,它和云计算之间的关系,以及涉及到的应用领域。

作者:陈峻编译来源:51CTO|2019-01-17 09:00

【51CTO.com快译】引言:本文将向你介绍量子计算的基本概念,它和云计算之间的关系,以及涉及到的应用领域。

不知您是否注意到了,如今各种新的技术创新正在以各种彻底的方式改变着各行各业。诸如量子计算这样的发明就能够给医药健康、网络安全、乃至金融科技(FinTech)带来各种革命性的进步。其实,量子学理论本身的原理,及其所涉及到的分支知识都是非常广阔的。而当专家们将它与计算技术相结合,构建出一个更为庞大的技术框架时,就能够被用来解决现实世界中诸如:气候、交通、安全等方面的复杂问题。

下面让我们从基础的概念出发,抽丝剥茧地来讨论与之相关的先进技术,以及它们是如何被应用到FinTech和AI等领域的。

究竟什么是量子计算?

量子计算研究和聚焦的是:如何运用那些由超逻辑(counterintuitive logic)的量子物理定义所创造出的可扩展的超速系统,来取代如今传统的计算机。这项技术背后的基本思想是:面对当前传统系统所遇到的各种困境,在原子和亚原子的层面上解决各种实时(real-time)的问题,并提供技术解决方案。

未来的计算机将受益于一种所谓“量子比特(qubit)”的高级信息范式,并采取一种被称为“叠加(superposition)”的第三状态,来存储和处理各种数据。这样的条件就允许创建者通过改变它们的方向,来同时分析0或1,进而一次性表示出四种情况(量子位),而不是像传统半导体中只能记录的0与1。可见,这种过程不但增加了存储的信息量,还能够以一种比常规系统更节能、更高效的计算能力,智能地处理大数量级的信息。

量子计算和云计算的关系

基于云的量子解决方案及其服务,正在成为数字化云计算产业的潜在颠覆者。诸如Rigetti(请详见https://www.rigetti.com/)之类的公司,正在通过将经典的计算架构整合到混合量子比特处理器的方式,来实现在云端执行各种量子算法。去年,IBM开发出了50量子比特(50-qubit)的处理器。它不但能够改进错误校验码(error correction code,ECC),而且还使量子计算能够被最终用户通过云端免费地访问到。

将现有的云服务融合到量子计算机所特有的分层式存储架构中,能够创建出一种高性能、可扩展的组合模式。该模式在改善日常工作流程的同时,还能提高离线系统的运算能力。

量子计算的三大应用

1.线上或网络安全

相对于各类物理安全问题,那些网络安全问题无疑更加危险、也面临着更多的威胁。网络中潜藏的各种风险对于用户来说更难以被评估到、也更不具备可视性。传统的观点认为:如果我们在系统中使用的新技术越多,引入的风险和破坏力也就越强。当然,作为突破性技术的“量子计算”也不例外。

目前,大多数网络安全系统依靠的是:对于大整数的因式分解难度和对有限域上的离散指数的计算,这两个数学难题作为理论基础。普通破解工具所需要花费时间,被认为一种指数级的时间,即:随着公钥长度的增长,花费的时间也随之以指数级增长。因此,只要破解所需的时间越长,我们便可以认为加密的强度也就越高。

然而,由于量子计算机几乎可以在瞬间处理海量的数据集合,并且能够在一分钟之内完成传统系统曾经需要花上几十年、甚至上千年的解码计算。因此,目前的数据加密技术将会受到“致命打击”。我们的财务信息、个人数据、以及其他机密的消息也会随之处于高危险的状态。不过正所谓:魔高一尺道高一丈,从另一个角度来看,好消息是:量子计算机也会大幅促进我们现有安全协议的发展。当我们突破了速度这一瓶颈之后,那些新产生的先进加密技术,反而会真正在理论上被证明是牢不可破的。

因此,不论有多少计算资源将被用于去破译那些基于量子技术的安全网络,用户将仍然可以安全地发送各种数据,并进行交易。某些超安全通信方法的实现、和诸如量子密钥分发的加密技术,将从内部为我们加固现有的安全基础设施。

2.人工智能

人工智能(AI)技术本身就是当前整个行业的热门研究方向。当它与量子计算机这一前沿技术结合到一起时,会给深度学习和神经网络优化等领域,带来如虎添翼的发展。通过我们以毫秒为单位的速度去扫描海量数据时,量子计算机能够比传统计算机提供更为高效的及时反馈,进而缩短AI的整个学习曲线。

随着研发人员将探究的重点聚焦于如何加快和推进深度学习的算法上,CNN(卷积神经网络,Convolutional Neural Network)和RNN(循环神经网络,Recurrent Neural Network)的精度和性能会得到持续提升。特别是在处理大型的无序数据集时,它们将能够快速地发现样本中的细微差别。因此,量子计算机会在如下领域和任务中大显身手:

  • 模拟
  • 优化
  • 采样

不难想象:在短短几年时间内,量子计算技术将能够通过其指数级的速度和实现方案,解决包括集群、主成分分析、模式匹配等集中式网络架构中的经典问题。

3.财务建模

不可避免的是:量子计算在不久的将来,会作为一种新兴的超强计算器,淘汰目前人类的各种贸易和金融模式。如今的市场瞬息万变、且充满了各种风险和不定因素,而量子力学的引入与应用,会将整个金融科技行业带到一个全新的高度。在量子计算的基础上构建出来的先进系统,不但能够快速地隔离某些关键性的全球风险因素,还能够以全新的方式,通过对于海量数据瞬间执行指数级运算,来处理各类复杂的财务金融数据。

原文标题:Quantum Computing: Changing Industries and Transforming the World,作者:Jason Limon

【51CTO译稿,合作站点转载请注明原文译者和出处为51CTO.com】

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【责任编辑:张燕妮 TEL:(010)68476606】

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