科技 knowing 傳統電腦將被取代?3分鐘看懂量子電腦到底是什麼

傳統電腦將被取代?3分鐘看懂量子電腦到底是什麼

knowing 2019-05-18 12:05
傳統電腦將被取代?3分鐘看懂量子電腦到底是什麼

近年來,量子電腦挾其強大的運算速度及運算能力,驚艷了全球科技產業。這個據稱可以在眨眼間,便將天文數字計算完畢的新興技術,究竟只是天方夜譚,還是真有其本?

前聯電董事長兼執行長胡國強博士在題為「The Quantum Age is Coming」的演講中,對傳統電腦以及量子電腦之間的差別做了一番解釋,他並強調:「量子電腦可解決很多傳統電腦無法解決的問題,但這並非說傳統電腦會被取代!」

傳統電腦是怎麼做運算的?

首先必須釐清,但凡使用手機、平板、筆記型電腦抑或是桌面電腦,都屬於我們現在指稱的「傳統電腦(Classical Computer)」。因為不論你使用什麼作業系統,其處理資訊的最基本單位都是位元(bit),即為「Binary Digit(二進制數位)」的縮寫。

而一個位元只能是0或1兩個狀態的其中一個,這就是為何我們常聽到「電腦是只有0與1的世界」。傳統電腦上的一切工作,都是把資訊編碼成一連串的0和1的過程,以及對這些0和1作出相應運算。

那麼,量子電腦和傳統電腦有何不同呢?

量子電腦中的基本單位是「量子位元」(quantum bit,簡稱qubit),與傳統電腦的位元不同,量子位元不需要「只能是0或1」,而是可以「同時是0及1」。你可能會問:為何量子位元可以這麼任性,可以打破傳統電腦常規,還可兼具兩個看似對立的狀態?

由於量子電腦涉及微觀的粒子世界,因此量子位元可以打破傳統的二元規則,同時以不同的「或然率(Probability)」,存在於兩種不同狀態上。

所謂或然率,即是研究在隨機現象中,會出現的一種可能性。量子電腦即是根據這種「或然率」,而非一般常見的「定性」來定義的。以地球儀為例,如果我們定義北極為0狀態,南極為1狀態,那赤道上的狀態就同時會「既是0也是1」,有50%的機率是0,50%的機率是1,這就是量子疊加狀態(Quantum Superposition)。量子糾纏狀態(Quantum Entanglement)也是由此導引出來的。

量子電腦還有兩個非常重要的特性: 量子平行性(Quantum Parallism)和量子干涉性(Quantum Interference)。不論一個量子電腦有100個或200個量子位元,只需要一個電磁脈衝就可以將某特定位元所有的0狀態改成1狀態,所有的1狀態改成0狀態,或將所有的0、1狀態改成疊加狀態。每個狀態的或然率可以加減 (或稱干涉),最後或然率趨近1的狀態就是答案了。這也是為什麼量子運算比傳統電子運算快許多的原因。

正因為在量子世界裡具備許多可能性,不再像傳統電腦世界拘泥於0和1,一切結果唯有在觀測者測量時才可以得知,這也使得量子電腦具備比傳統電腦更快速、高效的運算能力。傳統電腦只能解決n的k次方的問題;而量子電腦則可以處理高達2的n次方的資訊。

量子運算可以破解傳統密碼

現今最通用的密碼運算法是RSA加密演算法,若用最快的傳統電腦可能要花費一千年不停的運算,才能解碼。 1994年Peter Shor發明了可以破解RSA密碼的量子運算法,也已透過實驗成功驗證。未來只要量子位元增加,就可在幾分鐘時間內破解複雜的實用密碼。

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