为什么量子计算可能成为大数据高速公路的下一个转折点

作者: Judy Howell
创建日期: 27 七月 2021
更新日期: 11 可能 2024
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The Third Industrial Revolution: A Radical New Sharing Economy
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资料来源:Krishnacreations / Dreamstime.com

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数十年来,计算机技术一直沿着相同的道路发展,但是量子计算与之前的技术有很大的不同。

2012年9月28日,《纽约时报》刊登了一个故事,“澳大利亚人寻求新型计算机的浪潮”,这似乎是在构建工作的量子计算机的竞赛中取得的突破。

虽然量子计算机的定义会引来许多读者,但足以说一台工作的量子计算机将在技术领域带来革命性的变化。

计算机技术是我们过去50年所经历的世界变化的基础-全球经济,互联网,数码摄影,机器人技术,智能手机和电子商务都依赖于计算机。我相信,对我们来说,对这项技术有一些基本的了解,以了解量子计算将我们带到何处是很重要的。

一开始就有ENIAC

因此,让我们从头开始。第一台可运行的电子计算机是电子数值积分器和计算机,俗称ENIAC。它是在美国陆军的资助下由宾夕法尼亚大学摩尔工程学院开发的,用于计算第二次世界大战中的炮弹轨迹。 (除了成为工程奇迹之外,ENIAC在此后的许多年中为许多大型IT项目开辟了道路,但对于第二次世界大战而言为时已晚,第二次世界大战在计算机完成之前就结束了。)

ENIAC的处理能力的核心是真空管-其中有17,468个。由于真空管只有两种状态-开启和关闭(也称为0/1),因此计算机采用二进制算术,而不是十进制算术,其值从0到9。每个单独的表示形式都称为一个位, “二进制数字”的缩写。 (要了解有关ENIAC的历史的更多信息,请参阅《 ENIAC的女性:编程先锋》。)

很显然,必须有某种方式来表示我们熟悉的数字,字母和符号,因此由美国国家标准协会(ANSI)提出的一种编码方案,即美国标准字符信息交换(ASCII),最终成为标准。在ASCII下,我们将8位组合成一个预定模式下的一个字符或字节。共有256个组合,分别代表数字,大写字母,小写字母和特殊字符。

困惑?不必担心–一般的计算机用户无需了解详细信息。它在此处仅作为构建块提供。

接下来,计算机从真空管发展到晶体管,发展相当迅速(William Shockley和他的Bell Labs团队因晶体管的开发而获得了诺贝尔奖),然后将多个晶体管集成到一个芯片上以制造集成电路的能力。不久,这些电路在一个芯片上包含成千上万个晶体管,这被称为超大规模集成。这些类别:1)真空管,2)晶体管,3)IC和4)VLSI被认为是第四代硬件开发,无论可以将多少个晶体管卡在芯片上。


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自从1946年ENIAC“上线”以来,一直到这几代人,基于真空管的二进制算术一直在使用。量子计算代表了这种方法的根本突破。

量子计算:重大突破

量子计算机利用原子和分子的力量以比基于硅的计算机更快的速度处理和执行存储任务……至少在理论上如此。尽管有一些基本的量子计算机能够执行特定的计算,但实用的模型可能还需要几年的时间。但是,如果它们确实出现了,它们可能会极大地改变计算机的处理能力。

由于这种能力,量子计算具有极大地改善大数据处理的能力,因为至少在理论上,量子计算应擅长于大规模并行处理非结构化数据。

计算机之所以继续使用二进制处理,是因为以下原因:确实没有理由修改一些有用的东西。毕竟,计算机处理速度每18个月翻一番,达到两年。 1965年,英特尔副总裁戈登·摩尔(Gordon Moore)写了一篇论文,详细介绍了摩尔定律,该定律指出处理器的密度每两年翻一番,从而使处理速度提高一倍。尽管他曾写过预言,这种趋势将持续10年,但直到现在,这种趋势仍在持续。 (有一些计算机先驱打破了二进制的模子。在“为什么不使用三元计算机?”中了解更多信息。)

但是,处理速度的提高远非改善计算机性能的唯一因素。存储技术的改进和电信的出现几乎同等重要。在早期的个人计算机中,软盘可容纳14万个字符,而我购买的第一块硬盘可容纳1000万个字符。 (它也花了我5500美元,和台式机一样大)。幸运的是,存储容量已经变得更大,大小更小,传输速度更快,并且价格便宜得多。

容量的极大增加使我们能够在以前只能刮擦甚至根本无法钻研的区域中收集信息。其中包括具有大量数据的主题,例如天气,遗传学,语言学,科学模拟和健康研究等。

大数据意义

大数据攻击越来越多地发现,尽管我们在处理能力上取得了所有的进步,但这还远远不够。如果我们要能够从积累的大量数据中弄清楚,我们将需要新的分析和呈现数据的方法以及更快的计算机来处理它。量子计算机可能还没有准备好采取行动,但是专家一直在关注它们的每一个进展,将其作为下一级别的计算机处理能力。我们不能肯定地说,但是计算机技术的下一个重大变化可能是与迄今推动我们前进的硅芯片的真正背离。