量子计算机的浮点精度是多少？

浮点数精度问题详解

float型小数点后八位，double型看名字就知道啦。因为计算机——电子计算机，据说量子计算机或生物计算机可以精确的表示浮点数。——使用0和1两位来辨识数据的，十进制的数在二进制下以01串存储在其中。想想就知道啦，二进制如果要表示十进制一定需要更多的位。但是计算机的寄存器是有限的，内存也是有限的最主要的是每一个数字——我说的是单个的数字——所用的位是有限的，因此在现今的计算机结构下，不可能以很高的精度表示一个浮点数，比如圆周率，它的数据量是无限的。 不过据说量子或生物计算机使用一种完全不同的机制来解决这个问题，据说能完美解决。

量子计算机是怎样运算的？

量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的，量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的，因此造价相当惊人。目前唯一一台量子计算机仍在微软的硅谷老家中，尚在试验阶段，离投入使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的，因为这好比拿激光切割机去切纸大材小用。它的主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。但是在运行这一系列高难度运算的背后，是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。假如1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，当然这也只是最保守的估计；试想如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时有70摄氏度，那么2小时内机箱将达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这也还只是最保守的估计！

什么是量子计算机呢?

当你进入原子和亚原子粒子的世界，事物开始以意想不到的方式表现。事实上，这些粒子可以同时以多种状态存在。量子计算机正是利用了这种能力。

图灵机是艾伦·图灵在20世纪30年代开发的一种理论设备，它由无限长的磁带组成，这些磁带被分割成小正方形。每个方块可以保存一个符号(1或0)，也可以留空。读-写装置读取这些符号和空格，然后给机器执行某个程序的指令。这听起来熟悉吗?在量子图灵机中，不同之处在于磁带以量子状态存在，读写头也是。这意味着纸带上的符号可以是0或1，也可以是0和1的叠加;换句话说，符号同时是0和1(以及介于两者之间的所有点)。普通的图灵机一次只能执行一个计算，而量子图灵机可以同时执行多个计算。

今天的计算机，就像图灵机一样，通过操作存在于两种状态之一的比特来工作:0或1。量子计算机并不局限于两种状态;它们将信息编码为量子位元，量子位元可以以叠加的形式存在。量子位代表原子、离子、光子或电子，以及它们各自的控制设备，它们共同起着计算机存储器和处理器的作用。因为量子计算机可以同时包含这些多种状态，它有可能比当今最强大的超级计算机强大数百万倍。

这种量子位元的叠加赋予了量子计算机固有的并行性。据物理学家大卫·多伊奇(David Deutsch)称，这种并行性允许量子计算机同时进行100万次计算，而你的台式电脑只进行一次计算。一台30量子位的量子计算机的处理能力相当于一台可以每秒10万亿次浮点运算(每秒上万亿次浮点运算)的传统计算机。今天，典型的桌面计算机以十亿次浮点运算(每秒数十亿次浮点运算)的速度运行。

量子计算机还利用了量子力学的另一个方面，即量子纠缠。量子计算机思想的一个问题是，如果你试图观察亚原子粒子，你可以撞击它们，从而改变它们的值。如果你通过叠加来判断一个量子位的值，这个量子位的值要么是0要么是1，而不是两者都是(这实际上把你漂亮的量子计算机变成了普通的数字计算机)。为了制造实用的量子计算机，科学家们必须设计出间接测量的方法，以保持系统的完整性。纠缠提供了一个可能的答案。在量子物理学中，如果你对两个原子施加外力，就会使它们纠缠在一起，第二个原子就会具有第一个原子的性质。所以如果不受干扰，原子会向四面八方旋转。一旦被扰乱，它就会选择一个旋转或一个值;同时，第二个纠缠原子会选择一个相反的自旋或值。这使得科学家无需实际观察就能知道量子位元的价值。

与传统计算机使用的比特(1和0或者是和否)不同，量子计算机使用的是量子比特——也就是所谓的量子位。为了说明这两者的区别，想象一个球体。比特可以存在于球体的两个极点中的任何一个，而量子位可以存在于球体上的任何一点。所以，这意味着一台使用量子位元的计算机可以存储大量的信息，而且比传统计算机使用更少的能量。通过进入这个传统物理定律不再适用的量子计算领域，我们将能够创造出比我们今天使用的处理器快得多的处理器(一百万倍或更多倍)。听起来不可思议，但挑战在于量子计算也非常复杂。

由于我们使用传统方法已经达到了能源效率的极限，计算机行业面临着寻找提高计算效率的方法的压力。根据半导体工业协会的一份报告，到2040年，我们将不再有能力为世界上所有的机器提供动力。这就是为什么计算机行业正在竞相制造商用规模的量子计算机。这是不小的成就，但会带来非凡的回报。

量子计算机的运算速度是多少？

根据理论预计，求解一个亿亿亿变量的线性方程组，利用GHz时钟频率的量子计算机将只需要10秒钟的计算时间。拥有100个光子的量子计算设备每秒钟的运算能力可高达1万亿次。

量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的。

量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的，因此造价相当惊人。

扩展资料：

量子计算机优点：

1、量子计算机拥有强大的量子信息处理能力，对于目前多变的信息，能够从中提取有效的信息进行加工处理使之成为新的有用的信息。

运用这种方式能准确预测天气状况，目前计算机预测的天气状况的准确率达75%，但是运用量子计算机进行预测，准确率能进一步上升，更加方便人们的出行。

2、量子计算机由于具有不可克隆的量子原理这些问题不会存在，在用户使用量子计算机时能够放心地上网，不用害怕个人信息泄露。

3、量子计算机拥有强大的计算能力，能够同时分析大量不同的数据，所以在金融方面能够准确分析金融走势，在避免金融危机方面起到很大的作用。

浮点数的精度和范围区别是什么？

浮点数一般包括单精度浮点数（float）和双精度浮点数（double）。 单精度浮点数精度：最多有7位十进制有效数字。 单精度浮点数范围：-3.4*10^38～3.4*10^38。 双精度浮点数精度：可以表示十进制的15或16位有效数字 双精度浮点数范围：1.7x10^(-308) ~ 1.7x10^308。 区别： 可表示的精度不同，占用字节数不同。 扩展： 浮点数是属于有理数中某特定子集的数的数字表示，在计算机中用以近似表示任意某个实数。具体的说，这个实数由一个整数或定点数（即尾数）乘以某个基数（计算机中通常是2）的整数次幂得到，这种表示方法类似于基数为10的科学计数法。

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