数字孪生的量子飞跃

文章 (21) 2021-08-18 22:03:39

我们今天习惯的现代计算机已经获得了“经典计算机”的标签。块中的新孩子——量子计算——正在走出实验室进入现实世界。量子计算有望释放人类迄今为止未知的计算能力。美国自助作家盖伊芬利说:“你目前理解的极限并不是你可能性的极限”。这一理念也适用于计算世界。我们目前受经典计算机限制的理解有望随着量子计算而扩展。为了更好地了解我们周围的物理世界,数字孪生计划是否会从先进的量子计算中得到推动?

量子计算

经典计算机使用微处理器中的晶体管来执行计算任务。量子计算机利用量子处理器中原子和分子的量子力学特性。预期最大的好处是能够执行复杂的计算,即使是今天的超级计算机也无法执行。量子位或量子位是提供高度计算能力的神奇成分。

量子比特的叠加

经典计算机使用位,可以采用两种状态之一(0 或 1)。另一方面,量子位可以采用三种状态(0、1 或 0 和 1)。是的,它们可以同时为 0 或 1。这是叠加属性。叠加有什么帮助?让我们举个例子:

一台 4 位经典计算机可以同时处于 16 种可能的选项中的任何一种。同时,量子计算机可以同时处于所有可能的 16 种状态(需要注意的是,在测量时,它们会崩溃为一种状态)。叠加赋予量子计算机强大的能力——能够执行超出经典计算机范围的大量计算。具体来说,量子计算机有望在两个方面发挥作用:

并行计算:在上面的示例中,4 位经典计算机将按顺序执行 16 个可能的选项。而量子计算机将同时执行 16 个操作。从而提高并行计算能力

指数计算:在经典计算机中,位数加倍(比如从 4 位到 8 位)使处理能力加倍。在量子计算机中,处理能力呈指数级增长。经典计算机中的每 n 位,在量子计算机中都转换为 2 n(8 个量子位相当于 256 位)。

利用原子粒子固有的叠加特性,量子设备有望比我们今天拥有的最强大的超级计算机执行数百万次。

数字孪生的量子飞跃

数字孪生是虚拟世界中物理实体或资产的数字等价物。物理双胞胎和数字双胞胎之间的实时双向通信和同步可实现各种预测和诊断机会。

数字孪生之旅通常从关键资产或单个组件的模拟开始。更大的目标是在虚拟世界中模拟整个过程或设置(例如,制造工厂、智能城市或高速公路网络)。

经典计算机在模拟和假设数千(和数百万)个相互交互的变量时将失去动力。这是数字双胞胎的一个领域,可以从量子计算中受益匪浅。加上量子计算机的处理能力,未来的数字孪生可以在最短的时间内模拟数十亿个场景,并指导人类采取最佳策略。

THE END

发表评论