量子存储器将如何优化计算机存储数据的方式

（文章来源：百家号）

2012年，物理学家塞斯·劳埃德在一个热水浴缸里向谷歌的谢尔盖·布林和拉里·佩奇推销了一款量子互联网应用。他称之为Quoogle，这是一个搜索引擎，它使用基于亚原子粒子物理学的数学原理，在不知道查询内容的情况下返回结果。这样的进步需要一种全新的存储器，称为量子随机存取存储器。

塞斯·劳埃德说，虽然布林和佩奇很感兴趣，但他们拒绝了这个想法。他们提醒他，他们的商业模式建立在对每件事及每个人都了如指掌的基础上。塞斯·劳埃德指出，量子随机存取存储器将是一个了不起的应用程序，它能让谷歌和IBM制造的量子设备瞬间变得有用。

经典计算机，如thinkpad、iphone和最好的高性能超级计算机，通过将数据转换成一个或多个位值、0和1的组合来执行所有操作，比特相互作用，最后的结果是1和0的另一个组合。量子计算机也会输出1和0的最终结果。但是当计算正在进行时，它们的量子位元，或称量子位元，以一种新的方式相互通信，通过同样的物理规则控制电子。

在计算过程中，一个量子位不只是等于1或0，可以同时等于1或1，这是由一个特殊的数学方程控制的，这个方程对在测量量子位值时得到0或1的概率进行编码。多个量子位元则有更复杂的方程，将量子位值的组合视为单个数学对象。最终的结果是一个或多个可能的二进制字符串，最终的值由方程中编码的概率决定。

这种奇怪的量子位是等式，它们的值可能具有某种与生俱来的随机性。有个问题是将大量的数字分解成素数，这会破坏用来存储大量加密数据的算法，这一发展对网络安全来说可能是“灾难性的”。它还可以作为计算机操作大型数据集的一种新方法，就像在机器学习问题中看到的那样。

但许多研究人员希望找到量子计算机可以利用量子算法推进人工智能和机器学习状态的方法。这些算法非常复杂，需要访问大量的数据，这意味着它们需要与随机存取存储器的对等物：量子随机存取存储器。

量子随机存取存储器并不是将数十亿比特以某种方式存储在几个量子位上。相反，这是一种让量子计算机将其量子运算应用到机器学习问题中大量数据的方法。常规随机存取存储器由存储供程序使用的数据和通过指定位的地址访问存储数据的程序组成。例如，你可以通过键入“sum (A2+B2)”来对电子表格单元格求和，而不是每次在单元格中键入特定的数字。量子算法需要能够访问常规随机存取存储器量子，在最基本的层次上，它可以同时设置A2和B2的叠加，然后在计算完成时返回A2中的值或B2中的值。内存本身并没有什么量子性，量子性部分体现在如何使用和访问内存的。

基本上，如果有很多存储的数据，那么在搜索数据或有关数据的重要信息方面，量子算法可能比普通计算机做得更好。这对金融行业或谷歌这样的公司来说可能是有利可图的，而且同样需要量子随机存取存储器。“人们正在研究的大多数算法都需要某种量子随机存取存储器。”加拿大滑铁卢大学科学家米歇尔莫斯卡说。“我们所能做的任何降低实际量子随机存取存储器成本的事情，都能极大地缩短有用量子计算机的时间。”

但在量子计算时代，人类目前还处于非常非常早期的阶段。随机存取存储器由导线连接的磁路组成，每个磁路代表一个比特，线圈中磁场的方向代表比特的值。美国第一台商用计算机通过液态水银将电脉冲转换成声波来存储数据，这不是随机存取存储器。与能够随时检索任何存储的数据不同，我们只能按照数据发送到行的顺序检索数据。但它已经是最前沿的。

量子随机存取存储器到底是什么样子的？可能不是劳埃德和他的团队预想的那样。在一次会议上，有物理学家说，量子计算作为一个领域很可能会发展出更多的液态汞。当然，还有许多技术和数学上的进步有待发现，这些进步将优化计算机及其最终存储数据的方式。

塞斯·劳埃德表示同意。他说：“如果有人能彻底否定我们最初的想法，我会很高兴。如果能将经典信息加载到量子态中，这将是这些近期量子计算机的一个巨大应用。毕竟，计算机不仅仅只能够运行复杂的算法。”