我们要如何开发出量子计算机550W

来源：蝌蚪五线谱2023-03-14 16:54

　　在《流浪地球2》中

　　MOSS是一款“550W”超级量子计算机

　　是领航员空间站核心智能主机

　　“550W”倒过来正是“MOSS”

　　是“550W”为自己取的名字

　　那么，电影中的550系列计算机

　　是怎样的一套技术体系呢？

　　以人类目前的科学水平

　　又该如何开发出550A乃至550W呢？

　　《流浪地球2》中的MOSS

　　量子计算机

　　550W是电影《流浪地球2》中的重要角色，它的设定是具有自编程、可联网、便携带的量子计算机，并且在一定程度上决定了整个流浪地球计划的走向。

　　图源：《流浪地球》

　　回到550系列上来考虑到技术路径，假如我们需要一台足够强大的算力设备，而要达到电影中550W的计算能力，即使把目前世界上所有的超级计算机加起来都不够，所以要实现550系列的超强算力，就目前而言，或许只有量子计算机才是出路。

　　目前，人类研发强大算力设备的主流技术路径是超导、离子阱、光量子和拓扑量子等，而超导、离子阱技术要求高真空和超低温环境，结合电影中550W呈现出可携带、体积小、高性能的特点，可以推测出电影中的科学家们选择了光量子技术这一条路。换句话说，550系列很可能是光量子计算机。

　　图源：电影《流浪地球2》

　　冯·诺伊曼架构是如今最常见的计算机架构，即二进制计算机。二进制计算机只有0和1这两种基本态，而量子计算机除了0和1这两种基本态，还存在叠加态，人们称之为“量子比特”。

　　图源：CSDN

　　用一个最简单的穷举法举例来说明，假设有一台四个经典比特的二进制计算机。它每秒只能得到一个状态，比如0000或0101，那么获得所有24种状态就需要16秒。而同样比特数的量子计算机只需要一秒钟就可以计算出从0000到1111的所有排列组合。关键在于随着比特数的增加，量子计算机与传统计算机之间的性能差距是成指数增长的。

　　量子体积

　　目前量子计算机的主流技术路径主要是超导、离子阱、光量子和拓扑量子等等，量子比特数一般在几十到几百不等。

　　电影《流浪地球2》中并没有直接使用量子比特这一指标来评估，而是引用了另一个概念“量子体积”（QV：Quantum Volume）。量子体积是IBM提出的量子专用性能指标。如果说量子比特是汽车零部件的制造水平，那么量子体积就相当于零百加速，不同汽车的性能都可以用这一指标来衡量。

　　回到电影中，550W向刘培强介绍自己的量子体积为8192，这又是什么概念呢？一个不太严谨的理解是它能同时处理2的8192种状态，这个数字远远超过了可观测宇宙中所有原子的数量。

　　量子体积为什么是8192

　　单看8912，无非是213罢了，然而如果深挖电影中的彩蛋，或许8192还有着更深层的意义。电影中的张鹏和诺夫的师傅姓王，据推测应该是一位一级飞行员，而根据张鹏的年龄推测，这位王师傅应该是65后。