追溯IT行业的发展,目前为止人类已经见证了两次重大技术飞跃,第三次技术飞跃正在发生,也就是向量子计算的转变。IT产业第一次技术飞跃是从真空电子管到晶体管和微处理器的跃迁。这一时期,计算机进入家庭,得到了广泛的应用。

IT产业第一次技术飞跃是将个人计算机缩小放在口袋中,也就是智能手机的出现。这使人们从办公桌解放出来,又能实时联网不掉线。

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IBM公司开发的全球首台量子计算机Q System One,可用于云计算等服务

量子计算有多块?全靠1,0叠加态

如今,信息在世界各地畅通无阻地传播,并且比以往任何时候都更容易获得。现在,数字基础设施已经被看作地球的循环系统。但是当涉及到复杂问题时,还是会受到某些因素的限制。蛋白质折叠、高级加密和定量金融等方面的问题是计算机科学家开始超越现有计算体系结构的原因之一。

向量子计算转变是第三次IT技术飞跃。量子力学以一种高效的方式来解决这些问题时,将其应用于数据处理似乎是未来的发展方向。虽然传统计算机和量子计算机的核心处理是一个非常复杂的过程,但两者的主要区别在于后者使用量子比特进行计算。

量子比特与比特的区别在于它有三种状态——同时存在零态、一态、二态。与许多其他量子原理一样,它的实际状态将在人们测量或观察它时决定。这基本上开启了新的计算可能性,允许更加同步的指数级计算。

人们正处于计算新时代的边缘,很多大型企业正在致力于研发,一些量子计算机已经投入运行。但它们的普及应用可能还有几十年的时间,但企业已经在研究通用量子计算机的出现所带来的潜在变化。然而,人们最关心的是:托管这些计算机的设施是什么样的?量子计算数据中心将如何工作?

虽然量子计算机将为某些任务提供更多的处理能力,但并不期望它们可以取代传统的服务器,而是作为一种补充。因此,托管数据中心设施很有可能成为第一批用于容纳新一代机器的现有数据中心。同时,量子计算机和传统的服务器有着非常不同的运行模式,部署量子计算并不像在机架中安装刀片服务器那么容易。

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首先,量子计算机的功率最多为1.5kW,而服务器的机架平均需要5kW到10kW的功率。更有趣的是1.5kW的功率主要用于冷却,因为量子计算机的处理器本身几乎不需要耗费电力来进行计算。

零下273.15度才有效,量子计算能保持住吗

量子计算机的发展仍处于早期阶段:它们不是很稳定,并且存在的时间也不长。由于这些原因,大多数量子处理器需要冷却到接近于绝对零度(约等于摄氏零下273.15度),并且需要一直保持。否则,量子位的叠加(它可能同时出现在多个状态)将被破坏。

为了满足量子计算的需求和量子比特的不稳定性,需要对数据中心的冷却功能进行重新设计。例如,D-Wave(第一批商用量子计算机之一)的核心处理器工作在-460ºF或-273ºC,比绝对零度高0.02度。因此,需要基于可以提供该温度的冷却技术,而采用液氮是显而易见的选择。

因此,与当今的数据中心相比,电力需求将大幅下降,该设施的冷却系统需要重新设计,以适应保持量子比特稳定所需的极低温度。

量子比特的不稳定性给传统数据中心的布局带来了另一个重大改变。由于不稳定性,量子处理器往往会受到周围干扰的影响。这些系统需要保存在电磁隔离的空间中,数据中心机架本身需要完全改变,使其有效地成为法拉第笼(编者注:由金属或者良导体形成的笼子,可以防止电磁场进入或逃脱)。

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138亿年都解不了密,量子计算能搞定?

有一个计算领域对真正的量子计算机的出现持谨慎态度,那就是网络安全。如今,如果试图强制使用AES 256位标准加密(编者注:美国军方的一种加密算法一种对称密钥算法。使用128、192或256位密钥,128位数据块分组加密、解密)的密码,其成功破解的时间可能比宇宙诞生到现在的时间(编者注:宇宙年龄约138.2亿年)还要长,即使把全球目前所有的处理能力都用上也是这样。

考虑到这种暴力破解发生在二进制(0,1)中,人们可以想象一下量子计算机能够多快地达到相同的结果,这是因为量子比特的状态是传统比特状态的指数倍。

为了有效地解决这个问题,需要将所有当前的加密和解密算法重新在量子位环境中运行。与任何其他新技术一样,这意味着需要大量的时间和投资,以及对量子计算机的消费级访问。

随着量子计算机的大规模应用成为可能,数据中心空间的变化也随之而来。机架将被更换,减少耗电量,冷却系统将发挥更重要的作用。当然,要想在家中使用量子计算机,在数据中心实现远程访问还有很长的路要走。但从现在开始,就需要开始规划量子计算的未来。

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