不久前在杭州召開(kāi)的云棲大會(huì)上，阿里云和中科院共同宣布了將攜手推進(jìn)量子計(jì)算與量子通信在云計(jì)算和數(shù)據(jù)處理方面的研究。由于量子科學(xué)概念比較深?yuàn)W，加之此消息也沒(méi)有立竿見(jiàn)影的商業(yè)效果，所以相比大會(huì)上的其他消息，并沒(méi)有引起媒體很大的興趣。但事實(shí)上，將量子科學(xué)引入云計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，將會(huì)是計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)里程碑式的一頁(yè)。

量子科學(xué)的通俗基本原理

對(duì)于大學(xué)以后的物理學(xué)了解不多的人，可能會(huì)覺(jué)得量子科學(xué)很難理解，因?yàn)樵诹孔涌茖W(xué)領(lǐng)域，許多理論都只適用于微觀尺度，并且與我們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)相違背。比如，在量子尺度下，物質(zhì)在同一時(shí)刻都處于多種狀態(tài)的疊加態(tài)中，其具體的位置和速度都不確定，這種性質(zhì)在量子計(jì)算中極為重要，是量子比特技術(shù)的核心。

而除量子計(jì)算之外的另一項(xiàng)技術(shù)量子通信，也是目前阿里云和中科院的研究項(xiàng)目，其原理是基于基本粒子一種叫做量子糾纏的性質(zhì)，即當(dāng)兩個(gè)基本粒子形成量子糾纏之后，無(wú)論它們之間距離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子改變狀態(tài)，另一個(gè)也會(huì)同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的改變。

當(dāng)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)遇見(jiàn)量子科學(xué)

目前，我們所有的計(jì)算機(jī)體系都是基于馮諾依曼式的組織結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行速度的增長(zhǎng)已經(jīng)明顯放緩，對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析計(jì)算效率也很難再提高。量子計(jì)算的提出，則是旨在專門為復(fù)雜問(wèn)題的求解設(shè)計(jì)一種全新的計(jì)算機(jī)體系，即所謂的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算的神奇之處在于，它可以做到真正的并行計(jì)算與存儲(chǔ)。例如，一個(gè)一位的經(jīng)典存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)字0或者1，但在某一時(shí)刻這個(gè)數(shù)字要么是0要么是1;而對(duì)于量子比特存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，在同一時(shí)刻，它可以同時(shí)存儲(chǔ)0和1，其存儲(chǔ)和運(yùn)行能力都成指數(shù)上升，一個(gè)250量子比特的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)的數(shù)字比我們已知宇宙所有的原子數(shù)還多。

基于量子計(jì)算的機(jī)器，由于體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，將采用全新的算法，使得大規(guī)模數(shù)據(jù)的計(jì)算與存儲(chǔ)不再成為難題，如果真能取得較大的突破，將為云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)變革，技術(shù)上的難度不言而喻，資金上所需要的投入也是天量的，這也是中科院會(huì)和阿里云共同研發(fā)的原因。