量子計算:數據存儲面臨的挑戰(zhàn)是什么?

量子計算:數據存儲面臨的挑戰(zhàn)是什么?

量子計算將能夠以非凡的速度處理大量數據,但數據存儲方面存在挑戰(zhàn)。當今的存儲系統(tǒng)將如何跟上步伐?

量子計算將處理大量信息。工作負載可能包括診斷模擬和分析,其速度遠遠高于現有計算。但是,為了充分發(fā)揮作用,量子計算需要訪問、分析和存儲大量數據。

人們預計量子計算將成為IT系統(tǒng)發(fā)展的下一步。正如多核處理器允許計算機并行執(zhí)行多個任務一樣,量子處理器將在計算能力方面實現飛躍,并允許在現在所需時間的一小部分內執(zhí)行復雜任務。

量子計算機,顧名思義,利用量子力學,與原子和亞原子粒子有關的物理學分支,來克服現有計算機系統(tǒng)的局限性。

什么是量子計算?

狀態(tài)疊加和量子糾纏的原理使得能夠實現與當前使用的不同的計算方法。量子計算機可以在每單位信息中存儲更多狀態(tài),并在數值層面上使用更高效的算法進行操作。

量子位是一種二態(tài)量子力學系統(tǒng)。然而,由于疊加,它們也可以同時處于兩種狀態(tài),即1和0。在經典的計算機系統(tǒng)中,一個位必須處于一種狀態(tài)或另一種狀態(tài)-1或0。量子力學允許量子位同時處于兩種狀態(tài)的相干疊加,這是量子力學的基本屬性,因此也是量子計算的基礎。

最終,這將使量子計算機能夠比傳統(tǒng)計算機更快地使用大型數據集處理復雜任務,特別是在大數據和模式識別領域。例如,量子計算機在制藥行業(yè)具有潛在的應用,可以篩選比以前更大、更復雜的分子,并繪制藥品與其預期目標之間復雜的相互作用。

量子存儲與經典存儲

量子計算機的核心挑戰(zhàn)之一是,由于量子退相干,其存儲系統(tǒng)不適合長期存儲,其影響會隨著時間的推移而增強。當量子計算數據被帶入現有數據存儲框架時,就會發(fā)生退相干,導致量子位失去量子狀態(tài),從而導致數據損壞和數據丟失。

量子計算機在計算過程中需要數據存儲,但這需要一個量子存儲器來存儲疊加態(tài)或糾纏態(tài),而存儲持續(xù)時間將帶來挑戰(zhàn)。

因此,量子計算的數據存儲可能需要依賴傳統(tǒng)存儲,例如高性能計算(HPC)中的存儲。

考慮到量子計算所需的大量經濟投資,為了節(jié)省成本而引入“廉價”數據存儲元素的限制將適得其反。

考慮到數據存儲的挑戰(zhàn)和處理大型數據集的要求,量子計算可能最好通過云進行訪問。例如,IBM當前的量子系統(tǒng)是與云連接的。當然,云存儲的有效性取決于與云的網絡連接。

盡管量子計算面臨可擴展性和退相干方面的挑戰(zhàn),但其能夠在傳統(tǒng)處理器的一小部分時間內同時執(zhí)行多個操作,這意味著其可能成為分析工作負載的強大工具。

傳統(tǒng)存儲的量子計算機

量子計算和量子存儲不太可能取代現有的計算和存儲系統(tǒng)。

使用經典的計算和存儲基礎設施仍然是解決日常問題的最簡單、最經濟的解決方案,特別是那些涉及小型、簡單、可重復任務的問題。

換言之,量子計算有望在材料科學、氣候研究和藥物開發(fā)等領域帶來令人難以置信的進步。一些組織已經在嘗試量子計算,以開發(fā)更輕、更強大的電動汽車電池,并幫助創(chuàng)造新藥物。

與量子計算機相關的有限存儲能力意味著,其將繼續(xù)依賴經典存儲系統(tǒng)來進行數據提取和信息輸出。然而,這些必須能夠處理大型數據集。當今的一些高端存儲系統(tǒng),尤其是基于云的存儲系統(tǒng),應該足以勝任這項任務。

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2023-11-13
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