1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠定了基石。随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。
我们之前提出一个宏观视角即从熵的角度理解计算:计算可以认为是以电能和原始数据为原材料,把无序数据变得有序和价值化的熵减行为,计算需求与能源消耗是一一对应的。
那在微观世界的计算行为是什么样的呢?我们把计算分为三个主要过程,即电能传递、芯片计算、热能耗散。基于量子理论,我们拓展出了新的视角:
研究:量子纠缠光子对支付交易进行加密:金色财经报道,维也纳量子科学技术中心7月4日发表的一篇题??为“量子数字支付的演示”的论文中,研究人员展示了可能是第一个基于量子力学的“无条件安全”数字交易系统。为了实现这一目标,研究人员使用一对量子纠缠光子对支付交易进行加密。通过这种纠缠,其中一个光子的任何状态变化都会准确地反映在另一个光子中,即使相隔一定距离,研究人员也能够确保任何修改交易的尝试都会受到量子力学本身性质的阻碍。研究人员称,我们展示了量子光如何通过生成本质上不可伪造的量子密码来确保日常数字支付的安全。量子纠缠最有用的特征之一是,在测量纠缠物体之前,我们无法知道它处于什么状态。[2023/7/5 22:18:00]
首先,电能通过电线传递给芯片,这个过程是由电子来完成的,基于量子理论,实际上可以理解为环绕金属原子的电子在能量的驱动下从导线的一头向另一头依次发生跃迁而间接的实现了能量的快速传递。
广东制定战略性产业集群行动计划 涉及区块链与量子信息等:9月6日,广东省长马兴瑞主持召开省政府常务会议,研究制定战略性产业集群行动计划,加快构建现代产业体系,推动经济高质量发展。会议审议了有关发展和培育生物医药与健康、区块链与量子信息、前沿新材料、激光与增材制造、精密仪器设备、现代农业与食品、安全应急与环保等战略性产业集群行动计划。会议指出,要进一步完善产业集群建设配套措施,加快培育一批具有核心竞争力和特色优势的现代产业集群;要持续大力发展数字经济,形成产业集群建设合力,推动广东经济持续健康发展。(财联社)[2020/9/7]
然后,芯片利用电能完成了计算任务,这个过程中芯片的软件算法和硬件结构可以理解为对能源的消耗进行编码,按照编码方式消耗掉电能就可以得出预先想要的一个结果。
霍尼韦尔推出最新量子计算机再度引发比特币量子威胁论:美国著智能工业技术开发商霍尼韦尔( Honeywell)宣布,其最新量子计算机量子容量已达到64,是IBM和谷歌的量子计算机量子容量的2倍。根据2017年6月的一篇论文,量子计算机的发展对于比特币来说是个威胁。而此前有报道称,2019年11月谷歌在量子计算领域取得突破时,有区块链专家表示,量子威胁至少需要10年时间才能成为加密领域的问题。但与此同时,还有人预测,量子计算机可能最快在2022年就能威胁到比特币。(注:量子容量是IBM创建的度量量子计算机能力和错误率的指标,IBM旗下量子计算机Raleigh今年1月得分为32。)(Decrypt)[2020/6/22]
最后,芯片完成计算后会产生热,宏观世界的表现是通过芯片100%的电能变成99.9%以上的热能和很小一部分电磁波,而在微观世界里就是驱动电子不断跃迁变化的能量由于性质发生变化无法使金属原子周围的电子继续跃迁而以热能形式传递到周围环境中去。
基于量子理论和相对论,我们可以对很多早期的物理概念进行延伸:质量守恒就是能量守恒,各种粒子都是能量的不同表现形式,所有能量的变化都倾向于转变成热能而趋于稳定。
回到宏观世界,我们知道社会的发展本质上都是靠能量推动,科技的进步本质上就是发现更多的能量并提升能量的利用效率,计算和算力作为更高效的能量利用方式必将在未来社会发展中的作用越来越大。在工业革命时代伴随着石油的发现和利用,在商业世界诞生了有史以来最大的巨头——标准石油特拉斯,我们相信在未来一定会产生一个同样的巨头为计算提供能源服务。
当前社会对能源的需求主要表现在电力、石油和热力,这些是支撑社会正常运行和人类正常生活的基础要素,但很多人还没有察觉的是现在我们对算力的需求已经无处不在,手机、网络、软件等各项服务都是基于算力实现,而且对算力的需求在指数级增长,这也正是我们国家提出“新基建”的重要之处。
除了不但寻找更多的能源供给,能源作为一种有限稀缺资源,我们一直以来都想尽一切办法提升使用效率,所以我们看到新技术在各个领域不断出现,在计算领域也一样:芯片也在不断进化来降低功耗比。随着技术和成本的瓶颈,除了提升效率外,能源再利用也越来越被重视。所以我们在工业领域看到了高品位热的余热利用,那在计算领域是否有这样的机会?答案是肯定的!因为人们对算力的需求同时,背后是对电力的大量需求并产生对应数量的热量,这些热量以往需要消耗更多的电力去散热,现在我们可以把它们收集起来其满足热力需求,这样既实现了能源的二次利用又降低了各方需求的成本。
从量子理论的视角,人们对基于电力的热量需求本质上就是电子的电能转变成热能的过程,芯片计算很有可能是实现这一路径的最优过程,因为可以既完成计算任务又解决芯片的散热需求和人们的供热需求。
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