现实中的量子计算机有望进化成《流量地球2》中的MOSS吗?

Jessica瑾妞

2023-03-01

大家过年的时候可有看《流浪地球2》呀?图片

小破球新年爆火,截止2月5日15时,总票房已然突破33亿元。

看过《流浪地球2》的观众,一定不会忘记电影彩蛋中,图恒宇在虚拟空间收到木星危机时间后,与MOSS的对话。

“我已经死了。”图恒宇望着MOSS说。

MOSS回答,“我对‘已经’和“死了”有些别的看法。”

MOSS,即影片中的550W量子计算机,因其强大的功能引起广大科技爱好者的广泛关注。

其可实现全球复杂计算资源的融合与调度,以满足数万台发动机协同运作,还支撑「数字生命计划」所需的巨量算力。

同时,还因其在2058年已经完成超进化,拥有了完全智能与自我意识,担当着「大Boss」的角色,贯穿整部电影的始终,被誉为「全场最有价值道具」。

作为拥有超强算力和“自我意识”的550W量子计算机,MOSS再次成为贯穿全剧的“黑科技”,出尽风头后还不忘在结尾留下悬念:MOSS是否能超出时空的限制?

那么,我们现实中的量子计算机有可能在2058年进化成 550W吗?

01
首先来了解一下什么是量子计算机。

量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

简而言之,当某装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。

万物互联时代,人们的工作、社交、衣食住行都会产生数据。

数字经济和人工智能给人们带来了高效便捷的同时,需要庞大的数据处理能力来支撑。

不过,随着摩尔定律濒临终结,经典计算所能提供的算力正逐渐接近天花板,人类社会亟需新的计算范式,为具有强大驱动力的数字经济引擎添油助燃,专家学者和众多业内人士不约而同的把目光投向量子计算。

与经典计算相比,量子计算不仅能够大幅提升数据处理效率,更快解决许多难解问题,还能降低计算成本和能耗,同时提升人工智能水平,更好地辅助人类决策,为应对医疗、金融、供应链物流、气候变化等领域的挑战提供新的算力解决方案。

一句话,量子计算机将会给人类带来更高效率、更准计算、更低风险和更多发展可能。

据权威咨询机构波士顿(BCG)预计,未来15到30年,量子计算机将创造4500亿至8500亿美元的新市场。

现阶段,量子计算在某些专用领域里已经显示出巨大的优势, 业界有人把量子计算称为「自然赋予人类的终极计算能力」。

终极形态的量子计算机,可以模拟人类社会乃至整个世界的运行,可辅助人们精准决策、规避风险,可谓一切尽在掌握。

02
目前的量子计算机的发展和550W有多大差距呢?

量子计算的发展有三个阶段即量子优越性阶段、专用量子计算机阶段(NISQ)和通用量子计算机阶段。

不过,必须承认的是,现实中已有的量子计算机还处在专用量子计算机阶段(NISQ)。

而《流浪地球2》里的550W的强大功能,显然已属于通用智能量子计算机。

创建强大的量子计算机并非易事,除了高昂的算力成本,为了使系统正常运行,量子计算系统必须接近绝对零度温度,而这种对极端温度的敏感性,也制约了其发展的速度。

然而,电影中的550W能在常温常压,甚至是月球和水下这种恶劣环境中工作。

不仅如此,550W的体积小,“量子体积”只有八千多,一个人就可以搬动,这太低了!

目前已经实现的,需要13个量子比特。

要实现电影中那么厉害的量子计算机,其量子体积对2取对数至少要超过八千,或者说得有八千个以上完美的逻辑量子比特。

03
那我们现有的量子计算机技术继续发展下去有希望实现吗?

经典著作《量子计算与量子信息》译者之一的尹璋琦老师给出了这样的答复:

相对希望较大的就是光量子计算机,它在常温常压下工作,可编程控制,尺寸也与550W差不多。”

尹璋琦老师二刷电影时发现有一个镜头,马兆在研发智能量子计算机550W时,身后有一台巨大的稀释致冷机,类似超导量子计算机。如果接受这样的设定,那么电影中的手持设备就只是一个终端接口,最终还得靠稀释致冷机中的量子计算硬件来做计算。

在超导量子计算路线上,IBM公司的新闻很多,其设备的量子体积只发展到了128。所以,编剧把550W的量子体积设定为8192似乎就很大了。其实并非如此,在离子阱量子计算机中已经实现了这个指标。

04
科幻电影的视觉呈现和桥段,其实是未来的某种潜在需求。需求定义科研方向。

量子计算机未来要能在常温常压下工作,能到外太空和水下工作。

为了满足这些需求,量子计算机实用化的技术路径可能会有很多条,不同的路径满足不同的环境需求。

量子计算是当下多国科技竞争的战略新高地。

在2022年中央经济工作会上,明确提出要加强量子计算等前沿技术研发和应用推广。越来越多的行业巨头和初创企业都在量子计算领域争相布局,

作为量子计算领域圣经《量子计算与量子信息》这本书是量子信息领域及物理领域引用次数最高的图书之一,并被全球多所名校列为量子计算课程指定教材。

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