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欧盟理事会批准欧盟芯片法案,目标是 2030 年将欧盟在全球半导体市场份额提至 20%,意味着什么?

经济观察报

关于芯片的争斗,无非也就是提升算力的争斗。

算力的大幅提升,意味着科技的大幅提升。

也许,当量子计算普及之后,对芯片的争斗就不会那么激烈了。


量子计算:

如果世界上所有的计算机都突然消失,世界将会是一团乱。

人们的生活会天翻地覆。

比如智能的特斯拉汽车,就会突然变成一辆没有车内娱乐功能,也不能再自动驾驶的愚蠢汽车。

更令人担忧的是,我们可能回到20世纪中叶之前的,人工计算机时代。

在那时复杂的计算,是有一部分通过人工来完成的。

如果你的工作需要进行复杂的计算,你需要去计算大厅中的一个计算中心,在那里人们和机械台式计算器,配合着完成这些工作。

而幸运的是,现代计算机已经取代了这种方式,随着量子计算机的面试,我们将拥有一种新型的计算机,利用量子物理学的特性,来存储数据和执行计算。

人类世界中,有很多复杂的计算问题是传统计算机没办法解决的。

简单说,传统计算机用的是二进制,也就是0或1,而量子计算借助量子力学的叠加特性,能够实现计算状态的叠加。

就是说,不仅仅会有非0即1的状态,还会有二者皆有的状态。

就像你随处可见的经典计算机一样,执行着任务,不过还是存在一些差异。

也正是这些差异,使得量子计算机非常强大。

经典计算机使用二进制位来编码,信息可以是0或1,然而当到了量子计算机这里,我们用的是量子位或量子比特.

这是内存的基本单位。

量子比特是什么样的呢?

他们是使用物理系统,比如利用电子的自旋,或光子的方向来创建的。

这些系统可以同时处于许多不同的排列方式中,这个特点被称为量子叠加,甚至可以使用所谓的量子纠缠,把量子比特链接在一起。

最终的结果是,一系列量子比特,可以同时表示不同的事物。

例如, 8个位数足够让经典计算机表示0-255之间的任何数字,但是8个量子比特也可以做到,而且更进一步,是同时表示这中间的任何数字。

但是为什么量子计算机,会比传统计算机更快呢。

举例说明。

你的普通超级计算机,可能擅长处理庞大的,蛋白质序列数据库。

但它的一个弱点是,当我们需要更精确的观察时,科学家们会比较难去确定蛋白质的具体行为。

为什么研究蛋白质的行为这么重要呢?

蛋白质是由一常串氨基酸组成的,这些氨基酸折叠成复杂形状之后,才让蛋白质变成有用的生物机器。

因此了解蛋白质是怎么折叠的,对生物学和医学都有很多意义。

一个经典的超级计算机,可能会尝试比较粗暴的,预测蛋白质的折叠方式,依靠许多过程数据,来检查每种可能的化学链弯曲方式。

不过当蛋白质序列变得更长更复杂时,问题就来了,昂贵的超级计算机,开始变得慢了。

想象一下,理论上一个由100个氨基酸组成的链条,可以以数万种方式折叠起来。

经典计算机并不具备这么庞大的工作记忆量,来处理各种折叠的可能组合。

量子算法采用了一种新的方法,来解决这类复杂问题。

它通过创建多维空间,观察其中连接单个数据点的模式,来预测。

因此,对于蛋白质折叠问题,需要预测的其实是耗能最少的折叠组合。

这种折叠组合就是问题的正确答案,经典计算机是不能创建这些多维计算空间的,所以没有办法计算。

而量子计算机的特点恰恰是,他们的出现是为了解决这些复杂问题的。

现在您可能觉得,这样一台能够进行如此复杂计算量的机器,会消耗大量的能量。

但量子计算机并不是这样。

他们实际上体积更小,并且需要更少的能量。

不过,这里的尺寸是相对的,因为由IBM制造的量子硬件,可能和汽车一样大。

不过其中大部分空间都是冷却系统。

必须有冷却系统,来让超导处理器保持在超低的工作温度。

即将进入市场的量子计算机,利用了所谓的量子比特纠缠,来线性的增加他们的计算能力,这也是他们的工作原理。

曾经,著名的爱因斯坦提出过量子粒子会相互形成相关性的理论。

其中一个粒子的量子状态,比如说是自旋方向,可以从另一个粒子的状态确定,即使他们相距很远。

爱因斯坦把它称为,远距离幽灵般的作用,并且认为,量子力学中一定存在着什么不能解释的问题。

不过后来的实验证明,这种相关性确实在自然界中存在,并且是量子力学的核心,这种纠缠也是量子计算机的核心。

正是他使得计算机的计算能力,变得非常强大,因为纠缠态,被用作了量子位的计算乘数。

那么,科学家们试图用新的量子计算机,解决什么问题呢?

其中最重要的问题是全球变暖,全球变暖是地球上可能发生的最糟糕的事情。

不过,量子计算机是这场拯救环境斗争中的最新武器。

为了应对全球变暖,我们需要完全了解分子之间结合或分裂的时候,所涉及的原子级力量。

这将非常有用,能导向更多新发现。

不过,问题是目前的经典计算机,包括最大和最快的超级计算机,根本没有能力模拟原子级量子的相互作用。

即使依据摩尔定律,也需要1000年才能达到。

不过在未来10年内,量子计算机可能具备这种能力。

利用原子的量子态,来模拟自然界的量子力。

量子计算机也将会在电池能源的发展中,扮演重要角色。

随着世界逐渐在摆脱化石燃料,电池就变得非常重要了。

然而电池的研发依赖于长期的实验和计算模拟周期。

不过通过量子计算,科学家们可以在原子级别进行虚拟实验,模拟电池化学的每个元素,电极材料电解质配方,粘合剂和分离器等等的变量。

还可以在虚拟实验中进行操作和分析,来找到能够实现能量密度突破的组合,量子计算机,还能够对你餐桌上的食物产生影响。

这是因为,他们能在肥料生产中,发挥非常重要的作用。

含氮肥料使用的催化剂,消耗了全球3%-5%的天然气,每年消耗了近3,000亿美元,产生了全球每年二氧化碳排放的2%。

但,大自然其实是能够免费的创造这些硝酸盐的,而且没有任何有害排放。

科学家现在就是要找到,怎么去理解和模拟这个过程,这就是量子计算的用武之地。

量子计算机能够帮助探索,节能肥料所需要的锌催化剂,大幅的减少碳排放。

根据国外相关公司关于量子计算和技术的研发计划,传统计算机,需要超过80万年来模拟分子寻找替代品。

相比之下,量子计算机仅仅需要一天时间。

量子计算机在帮助应对全球变暖方面,还有很多其他的作用。

比如能够帮助开发碳捕获和存储技术,它能够提高现有技术,从空气中提取碳的能力。

目前我们通常使用贵金属,作为碳捕或催化剂,这些被捕获的二氧化碳,可以进一步的用来生产金属,塑料和混凝土。

量子计算也没有听起来那么神秘了,已经开始能看到它能帮人类创造实际价值了。

不过,科技的进步永远不是一蹴而就的,在他能做的贡献之外,我们还需要考量他的成本。

至少在目前,量子计算还没有办法普及到生活的方方面面,但至少我们已经可以开始期待了,而有期待就是好的。

发布于 2023-07-26 08:00・IP 属地河南
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河洛君
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