量子计算机与超级计算机：有什么区别？

电梯物联网专家 2024-01-07 15:12:10  50195 赞同 0 反对 0

分类：资源标签：信创硬件

在过去的几十年里，计算已经走过了非常漫长的道路。我们正处于一场技术革命之中，机器逐年变得更加先进。两项特别先进的发明，超级计算机和量子计算机，有大量的应用和潜力。但是超级计算机和量子计算机有什么区别，哪个更好呢？

超级计算机是一个巨大的系统，可以跨越整个房间的大小。这些机器看起来与典型的台式PC或笔记本电脑完全不同。相反，超级计算机由大组处理器组成，它们协同工作以实现特定目标。

超级计算机最早出现在20世纪60年代，当时CDC（控制数据公司）6600成功开发。这被认为是有史以来第一台超级计算机，其功能大约是当时标准计算机的十倍。

至少可以说，今天的超级计算机非常强大。但是，当然，这都是相对的。CDC 6600曾经很厉害，但在今天并没有什么特别之处。毕竟，它只花了五年时间就被CDC 7600超越了。

就像自己的PC一样，超级计算机可以处理和存储数据，但远不止于此。这些机器可以执行极其复杂的计算和模拟，这是人类或我们在日常生活中使用的计算机永远无法实现的。他们还可以快速执行常规计算机可能需要数月或数年才能完成的过程。

例如，现代超级计算机可以预测核爆炸的结果，计算高度复杂的大脑模型，甚至可以对宇宙的起源进行模拟。这些机器的功能已被证明在一系列不同的行业中是有帮助的。

但是，从本质上讲，超级计算机具有与普通计算机相同的东西。不同之处在于，这些计算机体积庞大，由数千或数十万个CPU（中央处理单元）组成，因此具有比标准PC高得多的处理能力。您每天使用的计算机可能有几个CPU内核，有些只有一个。所以，想象一下，如果它的功率被增加很多很多倍，会发生什么。

超级计算机构建和维护成本非常高昂。这也是这些高度先进的机器其局限性。特别是，超级计算机的能力仅限于其大小。今天的超级计算机已经很大了，运行起来要花很多钱。因此，超级计算机越大，它就越昂贵。

最重要的是，超级计算机会产生大量的热量，需要将其移除以防止过热。总而言之，使用超级计算机是一个非常昂贵和详尽的过程。此外，还有一些问题是超级计算机无法解决的，因为它们太复杂了。

然而，计算游戏中相对较新的玩家可能拥有超越超级计算机的能力，并实现他们无法实现的目标：量子计算机。

量子计算的概念最早出现在20世纪80年代。在此期间，理查德·贝尼奥夫、理查德·费曼和尤里·马宁等先驱者为量子计算理论的发展做出了贡献。但在这个时间点上，量子计算只是一个想法，从未在现实世界中应用过。

十八年后的1998年，艾萨克·庄、尼尔·格申菲尔德和马克·库比内茨创造了第一台量子计算机。与当今最先进的量子计算机相比，这台计算机的处理速度是基本的，但这种第一台机器的发展简直是革命性的。

量子计算机看起来一点也不像典型的计算机。这是因为它们以截然不同的方式运作。虽然计算机和超级计算机使用二进制代码来存储信息，但量子计算机使用称为量子比特（或量子比特）的微小单元。

量子比特小得难以想象。它们由更小的量子系统组成，如质子和电子，这是原子的基本组成部分。量子比特的伟大之处在于它们可以同时存在于多种状态中。让我们来分解一下。

二进制代码就是这样。这意味着位只能以零或一的形式存在，这在执行高级流程时可能会受到限制。另一方面，量子比特可以同时以多种状态存在，称为量子叠加。量子比特还可以实现量子纠缠，其中成对的量子比特链接在一起。

使用量子叠加，量子计算机可以同时考虑多个量子位配置，从而更容易解决高度复杂的问题。而且，通过量子纠缠，两个量子位可以以相同的状态存在，并以数学上可预测的方式相互影响。这有助于量子计算机的处理能力。

总体而言，同时考虑多种状态的能力使量子计算机有可能解决极其复杂的计算并运行高度先进的模拟。

目前，包括IBM和谷歌在内的多家公司都在致力于量子计算机的开发。例如，根据《新科学家》杂志的报道，2019年，谷歌声称其量子计算机Sycamore的能力超过了超级计算机。谷歌表示，在200秒内，Sycamore可以解决一个需要10000年才能完成的超级计算机的计算。

但仅仅两年后，根据《新科学家》杂志的说法，中国又开发了一种非量子算法，使普通计算机能够在短短几个小时内解决同样的问题，这意味着超级计算机肯定也能够解决这个问题。

因此，整个量子计算领域都有一个很大的“如果”。这项技术仍处于早期阶段，在可以依赖它作为超级计算机的替代品之前还有很长的路要走。

量子计算机非常难以构建和编程，并且仍然具有很高的错误率。最重要的是，量子计算机目前的处理能力使它们完全不适合典型应用。因此，量子计算在成为可靠且广泛使用的技术之前必须经历很多成长的痛苦。

虽然量子计算机有潜力大大超过超级计算机，但这在很大程度上仍然是假设的。有一天，我们可能会看到量子计算发展到不再需要超级计算机的地步。不可否认，这一领域已经取得了巨大的发展。但就目前而言，量子计算机仍处于早期阶段，它们可能需要几十年才能成为主流。

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