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算力即权力

大数据文摘  · 公众号  · 大数据  · 2017-05-10 11:48

正文

授权转载自量子学派

作者 | 鲁不逊




算力即权力

可测宇宙原子总数约为10^80,而围棋走法有2.08*10^170,如果按照深蓝战胜卡期帕罗夫的穷举套路,就算 “天河2号”出马也会举成阳痿。所以AlphaGo不计算所有的事件,而是采用蒙特卡罗模拟与人类对抗,最终曲线革命成功,但如果大BOSS“量子计算机”出战,什么抽样统计,什么概率分析,什么深度学习,没那么多废话,直接暴力枚举。就像武林各派华山论剑,潘建伟教授拿着一把AK47冲进去,管你是还是南帝北丐东邪西毒,一梭子下去,统统game over! ­在超强算力面前,一切都是镜花水月。

所以5月3日,第一台超越早期经典计算机光量子计算机在中国诞生后,引得整个科学界“蛙声一片”,虽然只实现了10光子纠缠,但已经往前跨了一大步。要知道,一台操纵50个微观粒子的量子计算机,对特定问题处理能力就已经超过 “天河2号”。


用于玻色子采样的单光子源和干涉仪示意图


在现代社会,无论是与民生相关的天气预报,地震海啸预测,桥梁结构分析,还是与国家相关的导弹模拟,核聚变模型检测,以及宏观经济预测,无一不依赖于超强算力。可以说,当代社会最大矛盾之一就是日益增长的数据处理与有限算力之间的矛盾。

谁最先拥有量子算力,谁就拥有最大权力。


上帝算力从何何来


量子计算机为何具有如此超强算力,又要从薛定谔的那只猫谈起,这只连通阴阳两界的萌宠,一直沉睡于量子的叠加态中,处于既生又死的状态,我们不用去怀疑这种现象是否存在,这一点上,连伟大的反对派爱因斯坦也不得不接受这一现实。

量子计算机的计算原理和薛定谔的猫具有一致性,利用的都是“量子叠加态”。在计算机的经典模型中,最基础的构建要素--比特,只能存在于两种截然不同的状态之一:0或是1,这就是传统计算机里最底层的世界,只需要一个负责任的门卫,用“开”或“关”来处理进入数据,规则虽然简单,却能创造一个骇客世界,但也有一个缺点,在同一时间只能处理一个Bit,计算能力受到限制。而在量子计算机中,规则改变了,一个“量比特”不仅仅存在于传统的0和1状态中,还可以是一种两者连续或重叠状态。因为量子具有不确定性,量比特(Qubit)被描述成 α0|0⟩+α1|1⟩,其中 |α0|^2+|α1|^2=1。也就是说,普通计算机n比特可以描述2^n个整数之一,但n个量子比特可以同时描述2^n个复数,复数向量意味着什么,看看下图就明白,意味着任何一个数都是“何方可化身千亿, 一树梅花一放翁”!


理论上来说,一个Qubit就可以储存无限信息,量子比特中存储的信息将始终处于动态演化过程之中。也就是说,你每一次测量的并不是同一系统,而是不同世界,所以有人说“量子计算”是利用平行宇宙来计算,有超强的并行能力,虽然有些玄乎,但也不无道理。

假设你是黑客帝国里的“尼奥”,从“太极”出发要推开“两仪”中“1门”或“0门”其中一扇,然后再推开“四象”中“00门”,“01门”,“10门”,“11门”中的一扇,走完160次路径后找到了锡安。而追捕者史密斯如果通过传统计算,要想分析160多步的尼奥路径,需要的时间是47515528679349475857年,等他成功穷举出来,尼奥已经解放全人类了。但如果史密斯处于2^160万个平行现实中,每个世界只走一条路,那可能30分钟就能抓到尼奥,这就是叠加态的妙用,量子计算机可让你复制出2^160个史密斯,每个人只需要走一条路就可以了。不是超强算力选择了量子计算,而是量子计算天然具有超强算力。


摩尔定律走到尽头 人类必须选择新助理

Intel创始人之一摩尔在上世纪60年代提出:当价格不变时,集成电路上容纳的元器件数目,约隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。简言之,即计算机的性能以18个月翻一番的速度不断发展,这一内容在之后的半个世纪不断被观测与证实,因此被人们称为摩尔定律。我们可以很清楚地从下图看出,摩尔所做的推测与观测基本相符,CPU中晶体管的数量随时间成指数级增长。

按照摩尔定律,人类要做的事情只是降低晶体管大小,从而集成更多晶体管,然而晶体管的大小不能无限小,当到达一个原子大小时,任何纳米管和传统工艺都将对此毫无办法,酷睿I7处理器容纳了14亿个晶体管,再这么玩下去就逼近上帝底线。 就算如此,但算力依然有限,计算机跑完一个可计算函数的时间里,太阳都可能燃烧殆尽。 所以摩尔危机必然到来,经典计算机的发展已经到了尽头,人类必须选择新的可靠助手。

量子计算机应运而生。1982年逗逼天才费曼提出人类应该考虑量子计算机,1994年,贝尔实验室的休尔提出量子质因子分解算法,向大家展示了量子算法分解大数的质因数的速度——分解一个1000位的数字,传统计算机大约需要耗费10京(《孙子算经》载“万万曰亿,万万亿曰兆,万万兆曰京”)年的时间,而利用量子计算机的话,只需要20分钟左右。这种效率让暴力穷举看起来不再那么暴力,甚至还生出一分闲庭信步的气质。如果这一算法与量子计算机真正结合,现代银行、网络、电子商务体系的安全堡垒犹若纸糊的灯笼。

由于量子计算机的强大算力,和对国家安全、社会经济所构成巨大威胁,一时间量子计算机成为各国政府、实业界、企业界争相研究的课题,量子计算机从此上升到国家安全的战略层次。近年来,量子计算机的研究成果层出不穷:

2009年11月,世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生。

2010年3月,德国超级计算机成功模拟42位量子计算机。

2011年5月,加拿大D-Wave发布一款全球第一款商用型量子计算机。

2013年6月,中国科首次成功实现用量子计算机求解线性方程组的实验。

2015年12月,谷歌推出的D-Wave量子计算机,号称比其他任何计算机都快出一亿倍。

2016年8月,美国发明世界上第一台由5量子比特组成的可编程量子计算机。







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