量子計(jì)算：數(shù)據(jù)存儲面臨的挑戰(zhàn)是什么？

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

量子計(jì)算將處理大量信息。工作負(fù)載可能包括診斷模擬和分析，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有計(jì)算。但是，為了充分發(fā)揮作用，量子計(jì)算需要訪問、分析和存儲大量數(shù)據(jù)。

人們預(yù)計(jì)量子計(jì)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(jì)算機(jī)并行執(zhí)行多個任務(wù)一樣，量子處理器將在計(jì)算能力方面實(shí)現(xiàn)飛躍，并允許在現(xiàn)在所需時間的一小部分內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。

量子計(jì)算機(jī)，顧名思義，利用量子力學(xué)，與原子和亞原子粒子有關(guān)的物理學(xué)分支，來克服現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的局限性。

什么是量子計(jì)算？

狀態(tài)疊加和量子糾纏的原理使得能夠?qū)崿F(xiàn)與當(dāng)前使用的不同的計(jì)算方法。量子計(jì)算機(jī)可以在每單位信息中存儲更多狀態(tài)，并在數(shù)值層面上使用更高效的算法進(jìn)行操作。

量子位是一種二態(tài)量子力學(xué)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(jīng)典的計(jì)算機(jī)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(xué)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(xué)的基本屬性，因此也是量子計(jì)算的基礎(chǔ)。

最終，這將使量子計(jì)算機(jī)能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地使用大型數(shù)據(jù)集處理復(fù)雜任務(wù)，特別是在大數(shù)據(jù)和模式識別領(lǐng)域。例如，量子計(jì)算機(jī)在制藥行業(yè)具有潛在的應(yīng)用，可以篩選比以前更大、更復(fù)雜的分子，并繪制藥品與其預(yù)期目標(biāo)之間復(fù)雜的相互作用。

量子存儲與經(jīng)典存儲

量子計(jì)算機(jī)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(qiáng)。當(dāng)量子計(jì)算數(shù)據(jù)被帶入現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲框架時，就會發(fā)生退相干，導(dǎo)致量子位失去量子狀態(tài)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞和數(shù)據(jù)丟失。

量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算過程中需要數(shù)據(jù)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(jì)算的數(shù)據(jù)存儲可能需要依賴傳統(tǒng)存儲，例如高性能計(jì)算（HPC）中的存儲。

考慮到量子計(jì)算所需的大量經(jīng)濟(jì)投資，為了節(jié)省成本而引入“廉價”數(shù)據(jù)存儲元素的限制將適得其反。

考慮到數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)和處理大型數(shù)據(jù)集的要求，量子計(jì)算可能最好通過云進(jìn)行訪問。例如，IBM當(dāng)前的量子系統(tǒng)是與云連接的。當(dāng)然，云存儲的有效性取決于與云的網(wǎng)絡(luò)連接。

盡管量子計(jì)算面臨可擴(kuò)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(nèi)同時執(zhí)行多個操作，這意味著其可能成為分析工作負(fù)載的強(qiáng)大工具。

傳統(tǒng)存儲的量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算和量子存儲不太可能取代現(xiàn)有的計(jì)算和存儲系統(tǒng)。

使用經(jīng)典的計(jì)算和存儲基礎(chǔ)設(shè)施仍然是解決日常問題的最簡單、最經(jīng)濟(jì)的解決方案，特別是那些涉及小型、簡單、可重復(fù)任務(wù)的問題。

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

與量子計(jì)算機(jī)相關(guān)的有限存儲能力意味著，其將繼續(xù)依賴經(jīng)典存儲系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和信息輸出。然而，這些必須能夠處理大型數(shù)據(jù)集。當(dāng)今的一些高端存儲系統(tǒng)，尤其是基于云的存儲系統(tǒng)，應(yīng)該足以勝任這項(xiàng)任務(wù)。

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