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数字双胞胎的量子飞跃

时间：2022-04-08 17:04:11 来源：

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。一个新的孩子-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未知的计算能力。美国自助作家盖伊·芬利 (Guy Finley) 说: “您现在的理解的极限不是您可能性的极限”。这一理念对计算世界也很重要。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。数字孪生计划-更好地了解我们周围的物理世界-会从先进的量子计算中得到推动吗？

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。预期的最大好处是能够执行复杂的计算，即使是当今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。

量子位的叠加

经典计算机使用位，它可以采用两种状态之一 (0或1)。另一方面，量子位可以采用三个状态 (要么是0、1，要么都是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？让我们举一个例子:

4位经典计算机可以在任何时候使用16个可能选项中的任何一个。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，当测量时，它们将崩溃到一种状态)。叠加使量子计算机具有其能力-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交付:

并行计算: 在上面的示例中，一台4位元的经典计算机将按顺序执行16种可能的选项。而量子计算机将同时执行这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，将位加倍 (例如从4位到8位) 会使处理能力加倍。在量子计算机中，处理能力呈指数级增长。在经典计算机中的每n位转换为量子计算机中的2n位 (8个量子位等于256位)。

利用原子粒子固有的叠加特性，量子设备有望在当今最强大的超级计算机上执行数百万次。

数字双胞胎的量子飞跃

数字双胞胎是虚拟世界中物理实体或资产的数字等价物。物理孪生和数字孪生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内部组件的模拟开始。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)。

经典计算机将在模拟和假设成千上万 (甚至数百万) 相互交互的变量时耗尽精力。这是一个数字双胞胎领域，可以从量子计算中受益匪浅。加上量子计算机的处理能力，未来的数字双胞胎可以在最短的时间内模拟数十亿个场景，并指导人类制定最佳策略。