C++ 中的傳統計算與量子計算


隨著計算世界的不斷改進,每天都會出現新的裝置,這使得以前的版本不適合當前的技術變化和發展。計算機曾經佔據整個房間,計算需要數小時的日子已經一去不復返了。

從真空管、電晶體和積體電路到觸控式螢幕裝置,技術的進步也改變了計算方法。新裝置的程式設計風格也發生了變化。傳統的編寫程式的方式對它們不起作用。嵌入的軟體需要高效、更具響應性和互動性。

基本的區別在於革命性的硬體裝置速度更快、散熱更少,並且可以同時執行多個任務。無需切換或排程作業。

傳統計算

指的是經典的計算裝置現象。傳統計算機主要執行兩項主要任務:將資訊儲存在記憶體中,並對這些資訊應用演算法、計算和公式,以根據需求生成結果。

  • 基於具有兩種狀態的電子電路。斷開狀態用 0 表示,接通狀態用 1 表示。

  • 傳統計算機的基本構建塊是位元。位元有兩個值,要麼是 0 要麼是 1。所有資訊都可以僅使用 0 和 1 來表示。為此,Unicode 已經被開發出來,用於表示所有數字、字母、字元、特殊符號、換行符、換頁符、回車符等。

  • 電路執行計算,稱為邏輯閘,它們是由組合電晶體形成的。所有這些裝置都只有接通和斷開兩種狀態。

  • 大多數情況下使用 CMOS 電晶體。它們由金屬氧化物半導體制成。

  • 通常所有處理都在 CPU 中完成,其中有一個控制單元 (CU) 來管理所有計算,以及一個算術邏輯單元 (ALU) 來執行實際計算。

  • 有一些問題,傳統計算機需要數十億年才能解決。這意味著解決方案永遠不會出現?誰知道結果會是什麼?它會正確嗎?

量子計算

基本上,它是基於量子物理學定律。基於存在兩種以上可能狀態的可能性。原子是一種量子粒子,它可以向前和向後移動時間,並且可以同時存在於兩個地方。量子計算機旨在利用這種奇怪的行為進行計算,以實現更快的計算能力。

  • 基於量子物理學定律,其中粒子可以具有兩種以上可能的狀態。

  • 這裡基本構建塊是量子位元。量子位元基於自旋電子的現象。除了 0 和 1 之外,量子位元還具有疊加態,即同時為 0 和 1。這些量子位元與其周圍環境隔絕。

  • 所有電路都使用量子物理學定律進行了改進。

  • 超導量子干涉器件 (SQUID) 出現了,它是一種超導量子干涉器件。一種非常靈敏的磁力計,用於根據超導環測量非常細微的磁場。

  • 現在我們有了量子處理單元 (QPU)。量子處理單元,即由多個互連量子位元組成的量子晶片。

  • 這些計算機最適合最佳化問題,例如飛機停放。其他方面,例如數十億倍的計算速度、處理海量資料、用於資料安全的不易破解的加密標準等,正在改變計算習慣。

量子計算機不會取代個人電腦,因為並非每個個人裝置都需要如此複雜的系統。它們將專門用於解決當今難以解決的複雜問題。

更新於: 2020年8月3日

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