【量子计算机究竟是什么?】

北京时间 12 月 4 日,「九章」横空出世。

这是由中科大潘建伟团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建出的 76 个光子的量子计算原型机。(见图1)

今天,我们将用几枚硬币,向你解释量子计算机的基本原理。

我们现在使用的计算机软件,背后是一行行代码,它们最终转化成各种逻辑门,控制底层的一个个二进制数—— 0 和 1。

这个基本单位叫做比特,在经典计算机里,每个比特要么是 0,要么是 1。而量子计算机不同,每一个量子比特既可以是 0 是 1,也可以变成 0 和 1 的叠加态。(见图2)

什么是叠加态?让我们掏出一枚硬币,看看它表面是什么图案。(见图3)

抛一万次,五千次看到花,五千次看到字。所以,硬币表面的图案既有花又有字?未必,如果硬币的表面是既有花又有字,为什么一枚硬币的花和字,从未同时出现我们眼前,而是变幻莫测,随机出现?

学者们挠挠头,最终严谨作答:硬币的图案既是花又是字,花态和字态共同存在于硬币中。但不是一般的同时存在,而是由 50% 的花态和 50% 的字态叠加起来的。图案的状态,是花态和字态的叠加态。

是不是觉得很离谱?(见图4)

事实上,叠加态正是这样一种无奈的描述。当研究者用同样的实验方法,打出来的电子有时在这儿有时在那儿,光子有时走这条缝有时走那条缝,最终只能挠挠头无奈地说,它们的运动方式和最终位置都是由不同的态概率叠加起来的。

看似不能相容的状态,却共生一体,我们描述它为:叠加态——不同态概率叠加的状态。没有人知道为什么会这样。

将上帝的硬币在指尖翻来覆去,在这样的三维空间中,花和字一体两面,同时存在于硬币表面。但单用肉眼去看,或者拍一张二维的硬币照片,我们只能看到硬币的某一个面。(见图5:Coin Toss, Harold E. Edgerton, 1965. MIT Museum)

因此学者猜测,也许是因为我们的世界恰恰是更高维世界的投影,所以每次观察和测量到的位置、速度,都只是随机地看到它不同的投影。

不过放心,这种现象只有在微观世界里能够比较明显地观测到。像一元硬币这么大的物体,只要角度和力度不变,抛出的花色都是一样的。

好,让我们继续。再掏出三枚硬币,制作一台计算机。

用三枚硬币的两面分别表示 0 和 1,那么总共有 8 种二进制组合,分别代表 0~7。能力有限,就只做个简单的测试吧,找出其中的偶数。(见图6)

用人脑简单分析:三位数的二进制转化成十进制,很快发现,只要第三位数是 0,这个数就是偶数,是 1 则为奇数。(见图7)

如果把这个问题交给经典计算机,它会这么做:

先把硬币按 000 放好,判断第三枚硬币。是 0,就让第四枚硬币显示 1,表示这个数是偶数;反之则让第四枚硬币显示 0,表示奇数。

按 001 放好,判断。
……
按 111 放好,判断。(见图8)

直到 8 个数都过了一遍,判断结束,得到以下结果:(见图9)

是不是有点笨?而量子计算机是这么做的:

同样先把硬币按 000 放好,使用一种基本逻辑门操作——阿达马门(Hadamard Gate),让每个硬币变成 50% 的 0 和 50% 的 1 的叠加态。

简简单单的 000,此时就变成了一个长长的叠加态:(见图10)

这样,仅用三枚硬币,就能同时携带 0~7 这 8 个数字的信息。

第四枚硬币登场,先按 1 朝上放好。

接下来做些事情,让第四枚硬币听第三枚硬币的话。只要第三枚硬币是 1,第四枚硬币就会翻个身,显示 0;反之保持 1 不变。

这里使用了另一种逻辑门操作——受控非门(CNOT Gate),让第三枚硬币的状态影响第四枚硬币,它们就像一正一反缠在一起,形成纠缠态。(见图11)

到这里,硬币们已经同时携带了完整的 8 个数字以及各自的判断结果:(见图12)

经典计算机需要运行八遍,而量子计算机只要一遍。这就是量子计算机高速的原因:同时对所有概率进行运算,这是真正的,并行运算。

经过以上操作,量子计算机的四枚硬币得到了一个叠加态:12.5% 的(000 1+001 0+010 1+011 0+100 1+101 0+110 1+111 0)。

设计算法,让第四位为 0 的态消失,得到 25% 的(000 1+010 1+100 1+110 1),此时的叠加态都是我们要找的偶数了。(见图13)

到此为止,心满意足。正准备输出结果时,问题来了。

四个态,也就是这四个偶数,输出一次只能得到随机的一个偶数。就像抛硬币,拍定后只能随机看到一种花色。

一测量,叠加态就会被破坏,要进行第二次输出只能从头再来。如果运气不好,第二次结果和上次一样就白算了,得运行第三次……不知猴年马月,才能集齐所有解。

回到现实,这就是量子算法面临的问题之一。即便优化算法,让它每次输出不一样的结果,也至少需要四次才能得到完整的答案。比起经典计算机的八次,似乎没有简便多少。

毕竟,量子计算机并非神器,它的算力只在部分问题上一骑绝尘。

在海量的数据里找一两个满足条件的解,比如大数分解质因数(银行密码破解)、数据搜索这样的问题就非常适合使用量子计算机。

反之,仅让它们怼着一个数算加法,量子计算机并不能展现出太大优势。(见图14)

此外,硬件也是关键。

量子计算机需要找一个量子效应明显的微观物理体系,实现计算机的基本功能。就像用电子的高低能级来表示 0 和 1,实现上面提到的基本逻辑门。

但要找到这样一个能被精准控制的物理体系并不简单。(见图15)

第一,叠加态并不稳定。外界电场磁场的微小干扰或自身的活泼好动,都会让叠加态从 50% 的 1 + 50% 的 0,变成 40% 的 0 + 60% 的 1。从做好这个态到变质的时长,叫做相干时间。

相干时间不够长,可能连一次运算都做不完。

第二,计算结果可能不精准。尽管设计精妙,但由于运算过程中的环境干扰和操作失误,最终只有 80% 的成功率能算出正确结果。这个 80% 叫做保真度。

保真度不够高,算出的答案也不可信。

如今,正在探索和开发的物理体系有离子阱、超导、半导体等,「九章」使用的是光学体系。不过,「九章」目前只在高斯玻色取样问题上解得飞快,并不属于一般意义上可编码的量子计算机。(见图16:来源:中国科学技术大学;摄影:马潇汉/梁竞/邓宇皓)

每一个物理体系表示 0 和 1、实现逻辑门的方式天差地别,它们在相干时间、保真度、可扩展性这些重要指标上也各有优劣。

因此,与其说研发量子计算机,不如说是学者们百花齐放,在各自的物理体系上开发功能,谁也不知道哪个体系能真正发展出成熟的可商用量子计算机。

-
关注我们,私信回复「量子计算机」,可获取「九章」相关论文。

参考资料:
[1] Nielsen, M. A. & Chuang, I. L. (2004). Quantum Computation and Quantum Information.
Cambridge University Press.
[2] Zhong, H. S., et al. (2000). Quantum computational advantage using photons.
Science, 370(6523): 1460-1463.
#微博公开课# #v光计划#

#珠三角发展纵横观察录# 粤港澳年度最巨型体量,全面激活超级场景——王府井紫薇港商业部分总体量32万平方米[威武]

整体建筑的空间环境大胆创新,其场景打造通过生命之花IP“紫薇”为主轴,打造室外超一公里紫薇观景步道。室内则结合紫薇IP文化设多处特色装置及艺术展览,还有准备开业的佛山市首间【覔】书店[赞啊]

场内L型动线设置多个大型中庭(每个中庭大概有新悦大信的中庭那么大[米奇比心]),尽量减少局促感和开拓视野所见度——虽然体量很大,但开业率目测有八成以上,特别是五楼餐饮人山[围观]人海[围观]

英雄联盟开发者:回顾2020年

大家好。2020年既漫长又短暂,岁末将至,一切终将过去。让我们来回顾一下,在这一年里英雄联盟都发生了什么事。说实话,我们的主旨就是专注于让大家玩到的每款游戏,都能变得更好一些。这意味着需要兑现一些长期的承诺,同时也要面对些许顽固的问题。但我们深知,只有英雄联盟的基石稳固,才能支持我们去实现未来的种种计划。

在本文中,我们会将游戏的核心进程拆解为游戏前、游戏中和游戏后三部分。先从游戏前说起吧。

客户端

客户端性能是改善游戏外体验的最大重点。首先我们改进了自身的遥测能力,以此进一步了解问题区域背后的原因,如英雄选择、游戏后画面等。遗憾的是,最终我们发现造成客户端页面不稳定的原因有很多,并非某个可以集中解决的问题。在经过深入发掘后,客户端的可靠性、响应度和加载时间都有了稳步的提高,并为我们接下来的优化积累了经验。

过去这些年的经验表明,性能改进方面的成效只有完成之后才能确定,无法提前预测。而今年所做的种种改进成效显著,与2020年初的客户端相比,目前的客户端的确有很大进步。它的启动速度更快了,大部分玩家都能在16秒内完成加载。架构的改善还提升了最常用页面的响应度和可靠性,如英雄选择、游戏结束、符文和藏品等。内存不足的崩溃现象降低了49%,我们还处理了超过100个漏洞,以此提高了整体导航的体验。

但我们不会满足于今年的成果。未来的改进空间还很大,新一年里,我们还会沿着一整套客户端的改进方案持续推进。

元素崛起(去年的季前赛玩法)

上一个季前赛已经过去很久了,但还是来回忆一下吧。

随着峡谷的进化,我们希望能够打造出更明晰的游戏前期、中期和后期阶段,每个阶段都有对应的玩法机会,可根据英雄的技能配置和对地图的游戏意识进行利用。在龙魂方面,我们的考虑是去引导队伍,根据其团队配置对龙魂的需求程度,来寻找击败男爵之外的另外一种胜利途径。龙魂(和远古巨龙)为游戏后期的元素亚龙创造了许多千钧一发的名场面,没有这些,亚龙就不会那么突出了。元素峡谷中每场比赛的变化和龙魂类型之间的差异没有预计的那么大,但总体而言,这些改动让游戏中各方的宏观决策和相互博弈变得更精彩了,这正是我们希望看到的。

神话装备(今年的季前赛玩法)

哈哈,要说这套系统了。有些装备一直是英雄联盟中标志性的存在,但让商店中的所有装备都能有独特的定位,一直是我们面前的一道难题。想要解决多个赛季弥留的问题,例如:装备定位不清晰、出装配置不合理、必出和无人问津的装备等等,真的需要一次彻底的革新。如您现在所见,我们采取了按职业依次分布的方式,以确保商店能够服务所有人的需求,包括增加了的神话装备。

我们还彻底重做了装备商店,它是您与装备系统的主要交互点。在技术的进步下,未来几年商店的可用性还将不断提高,这也有助于商店能随着时间的推移,对平衡性、游戏理解和玩家选择的变化给出相应的回应。即使一件装备三个月前十分热门,但不符合现在环境的需求也是没有意义的。而相关推荐功能则可以确保商店能为新玩家和回归的老玩家提供更有价值的帮助。

在反馈方面,我们还在对一些趋势指标进行评估。从整体数据上来看,季前赛的游戏通常更加激烈,因为所有人都打的更有侵略性,也想做更多尝试。比如,更高额的伤害就是我们关注的一个问题。我们认为这其实是由两种因素构成的,一种是伤害真的增加了,因此在近期的版本中也对此作了改动,还有一种因素是玩家玩游戏时,会莫名其妙地阵亡,从而感觉伤害变高了。我们还在谨慎处理关于平衡方面的反馈,也继续欢迎大家积极给出宝贵意见。如果能在步入2021年前认识到系统中还有哪些不尽人意的地方,这会有助于我们制定明年初的工作重点。

另一个想去征集更多反馈的领域是新商店。起始的重做工作已经完成,接下来需要关注大家提出的问题。其中的主要重点包括:分辨率修复、增加调整商店大小的选项菜单滑块(拖动调整将在版本11.1中推出)、快速购买面板的响应功能和推荐标签的可读性优化。基于数据的全新商店推荐装备也已上线,我们很期待看到该功能对玩家决策的影响。这些功能仍在继续,请您继续畅所欲言。

行为系统

这部分在赛季初并没有体现,但在最新的拳头规划中已经提到了。今年,我们的重点会从纠正玩家转移到更好的游戏环境营造上去。初期包括改善故意送头和挂机行为的检测。今年的成果是令人满意的:检测功能优化后,故意送头者的惩罚率提升了50%。

和我们对客户端的改造一样,这部分功能还将继续进行细化,并且游戏中挂机或送头的玩家的检测和惩罚也已经开始处理。最近我们还推出了对挂机行为受害者的补偿措施——即排位赛的胜点补偿,以及所有峡谷对决中的提前投降系统的更新。明年还会有更多相关改进。

英雄

鉴于目前英雄的阵容十分丰富,因此展开的主要讨论是今年如何更平衡地根据不同位置和角色对英雄进行定位,以及在推出时,如何让英雄更有力、更有主题地与活动联动。过去的例子有——玩家可以在灵魂莲华中了解到更多关于莉莉娅和永恩的故事,并且反响良好,这就是我们想要的。今年位置/角色分配也有所优化,包括瑟提上路、莉莉娅打野、永恩中路、莎弥拉下路、萨勒芬妮中路和芮尔辅助。他们中的几个还可以胜任多个位置。

另一个反复出现的话题是已上线英雄的平衡性和装备复杂性。这并非一朝一夕能解决的,但2020年推出的新英雄平衡性比之前更好,后续需要的优化也更少。我们将继续延续2020年升级后的思路,确保新英雄的平衡性,并进行不断的迭代和优化。

在英雄重做方面,我们很高兴能完成费德提克和沃利贝尔的重做,并让玩家见证了他们的早期研发情况。但我们未能按计划进行新的重做调查问卷。随着蒙多医生的重做即将上线,明年这方面的工作会稍微顺利一点,因此我们计划在2021年再推出一次调查问卷。届时大家会看到一些熟悉的英雄,还有其他几个(希望不会太意外的)名字。

皮肤

我们在制作皮肤时,如何能照顾到更多的玩家始终是个难题。是为热门英雄多做一些皮肤?还是给小众一些的英雄设计皮肤,但那样能服务到的玩家是不是就变少了?主要矛盾在于,一个皮肤被使用的次数,完全取决于英雄的热门程度。但如果以此为依据,那感觉又背离了我们扩大英雄池的初衷和承诺。玩家去花时间经营自己的主英雄,肯定是希望游戏能给出更好的支持,并相信我们会为这个英雄做出投入。

因此,过去几年里,我们扩充了皮肤制作的规模,这样既能为小众英雄制作皮肤,也不用减少热门英雄皮肤的产量。同时我们也研究了大家的审美和喜好,不同玩家的本命英雄想要的是什么?为什么会这样?以及如何运用这些发现,做出更有新鲜感,更符合玩家口味的新主题。

今年,我们为近120个英雄制作了144套皮肤。看到天蝎星神斯卡纳、灵魂莲华千珏和泳池派对塔莉垭受到欢迎,我们十分开心。尽管由于英雄热门程度不同,使用率的差异仍然存在。但作为本命英雄时,这些皮肤的使用频率还是变高了。看来将英雄与更有共鸣的主题相匹配的研发创意是正确的。这让我们深受鼓舞,明年还会继续沿这个方向走下去。

活动和游戏模式

赛季启动时,我们承诺每个活动都推出一个游戏模式。也就是说会有足够多的模式让玩家享受到更多样的峡谷。除了焕然一新的极限闪击,自选无限火力、无限乱斗和克隆模式也加入了游戏内活动的行列。2021年,我们还会继续探索和丰富不同种类的游戏模式。

我们希望把活动作成一个整体,给玩家带来更完整的体验感。而这不仅囊括着不同的游戏模式,还有类如“灵魂莲华”这种扎根于艾欧尼亚神话传说的沉浸式游戏外体验。同时还有对活动持续参与的改善,比如今年的全球总决赛赛事追踪,让玩家能够更轻松地关注从预选赛到决赛的赛事进程。说到全球总决赛,今年的K/DA可以说是迄今为止,音乐体验方面最成功的整合尝试了。

从2020年的结果来看,大型活动是令人满意的,比如灵魂莲华的参与度和全球总决赛的观看数,都达到了破纪录的水平。我们也在考虑如何让未来的活动继续保持良好势头,但愿大家喜欢下一个即将推出的活动。

冠军杯赛和排位赛

冠军杯赛终于上线了,看到参加冠军杯赛的队伍越来越多,而且很多队伍还会再回来参加后续的比赛,我们真的很高兴。今年的重点一开始是确保其稳定上线,服务器能承受住压力。由于隔离期间玩家数量增加,因此我们又抬高了标准,增加了更多冠军杯赛场次,让比赛时间更有弹性。未来我们希望能降低参加冠军杯赛的门槛,让玩家能够展示自己的成绩,请静待明年的更多消息。

再来说排位赛。我们十分看重竞技环境的公平性。作为考验手法的主阵地,排位赛的每个调整都关系重大,尤其是在最高段位,哪怕十分微小的变化,也会对对局质量和排位的公正程度产生重大影响。今年排位赛的主要改动包括确保对阵双方自动补充和预组队的对等,将排队时间的延长缩短到1-2分钟(最坏情况下)。在准备新赛季时,我们移除了小分段之间的晋级赛,避免胜败反复带来的挫败感,并让每场比赛的结果对排位更为重要。

这些改动都反映了排位赛的思路变化。我们在根据玩家的反馈,逐步进行调整,而不是突然推出一个完全不同的排位赛,让人措手不及。总体而言,当前这种方式可以保证排位赛优化的透明性,同时做到尽可能自然,而非过于突兀。

告别2020

如果读到了这里,那么感谢您与我们一同回忆2020年,也感谢您的一路相伴。老实说,时光匆匆,过去一年有如一瞬,但我们仍希望可以让大家了解一年来英雄联盟走过的旅程,以及想要改进的方向。您是我们2021年继续优化游戏,保持高水准的动力。祝大家新年快乐,我们峡谷见。


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 奋力追光,在还热爱的日子里,尽力奔赴,努力相见✨新的一岁,还是那句话,来日方长,未来依旧可期,要记得,继续好好加油啊!为了那个目标,不断前行着✨也约定好,要和我
  • 中国人民最终用伟大胜利向世界宣告“西方侵略者几百年来只要在东方一个海岸上架起几尊大炮就可霸占一个国家的时代是一去不复返了”!看我雄鹰列阵】 “再一次呼叫8119
  • 肖战说,自己还在上学时候就已经知道《如梦之梦》了,自己看完以后非常喜欢里面的人物刻画,每一个人物都是一环扣一环。肖战说,自己还在上学时候就已经知道《如梦之梦》了
  • 大家可以登录西部网、陕西头条进入中华云祭祖平台,点烛、献花,齐唱《黄帝颂》;完成祭祀流程后,可以到黄帝手植柏前祈福,在祈福卡上写下对先祖的思念、家人的祝福等,把
  • #sky光遇黑市[超话]#事情是这样的 今天下午我和阿宇(朋友)扮老头去云野玩,聊的开心的时候有个人说看上阿宇了,阿宇什么都还没说那个人就掏蜡烛,我朋友想着聊的
  • ⭕小建议:记得不要做太咸啦,调料的多少根据牛筋面的多少自行调整,抓拌的时候戴手套不要烫到手了,刚炸完的油温度很高,先用筷子搅拌,等稍微凉一些再用手抓拌就好。练字
  • 我会更加努力地争取下一次机会,但请记住这只是第一次,将来还会有更多黄牛党,你们都很烂#杨宇腾[超话]# #脸蛋天才杨宇腾# 一年过去了!谢谢大家的支持,这对我来
  • 刘润老师说:“大家一般都分得清楚物品的所有权,但是,时间、隐私、权利……这些无形东西的所有权,很多人却分不清楚。对于边界意识最直白的解说,即“我是我,你是你;你
  • 推荐几个公务员考试的老师,按照语言理解,推理分析逐个、单独推荐#河北选调生[超话]##国考[超话]##河北选调生##河北省考[超话]# 公务员考试是一个艰辛的过
  • 《情绪随记2.0》1⃣️约会主题永远离不开吃吃吃,一碰面胃功能不带停的2⃣️一起窝着看电影我们都非常喜欢(窝着、一起)3⃣️关于两个“热锅上的蚂蚁”排了一小时剪
  • #STU48##高雄さやか# 210509 mail 17:57:10标题:xxこんばんさーやんこんばんは!!
  • 灰度信托昨天增仓如下:本来以为美国休市他不上班,结果居然不要脸的抢跑了,而且还买了这么多,看见比特币的好位置,老美也不惜余力的加班啊。美国灰度基金近期的买买买还
  • 在这场没有硝烟的战场上,冲锋陷阵的社区(村)工作者们,作为距离居民群众最近的人,扛起了日升月落,扛起了群众不理解的质问,扛起了对家庭的愧疚,也扛起了守土有责,有
  • 华佗的医术,历来就是脍炙人口,他在东汉时便已经可以施用打开腹腔的外科手术,而后又使用针线缝合,和现代医术如出一辙,书曰:“病若在肠中,便断肠湔洗,缝腹膏摩,四五
  • 】前些天,在乌克兰向 ICANN 写信请求切断俄罗斯的新闻爆出来之后,我们看到有些网友在重提一个老话题:如果美国把根域名服务器封了,中国会从互联网上消失吗?是不
  • 重新给大家介绍下这‮神颗‬奇的蛋蛋它‮全的‬名叫‮朴:‬妆酵母卵壳面‮霜膜‬。❶原拜国德料耳使家独口进用家独权工独艺一无二膜面的❷十大零添加安敏全感妇孕肌均放可
  • 80年代的女星,其实相对现在的明星,在服装打扮上还要更大胆一些,山口百惠也经常穿吊带装,但是她的吊带装不会让人觉得性感,适当的露肤只会让人联想到婴儿的肌肤,清香
  • 哈喽哈喽,这里是暮辞你可以叫我阿辞✌我害怕有宝贝不看简介,所以过来简短介绍一下自己kb呆又呆激推人喜欢小k 尊重小k身边所有朋友陆E散绝B香✅主页少浓度k花,不
  • 每个人的生活经历不同,看问题的角度也会有所差别,有些话你觉得没什么,但可能恰好戳中对方的痛处,所以,无论是谁,与人交谈时,都要做到八个字:出言有尺,说话有度。希
  • 陈先生的情况更简单,因为长期牙齿龋坏,也没有做过活动假牙,所以我们建议常规即刻种植就可以啦!所以说大家一定要对根管治疗后的牙齿进行保护,使用时也要更加爱护,这