大规模量子计算中最重要的问题是如何长时间保持足够量子比特的量_亚博APP下载

本文摘要:2012年,美国加利福尼亚理工学院理论物理学家John,Preskill明确提出了量子霸权的概念,指量子计算机能够建立经典的计算机构。50年容易发展,量子计算来临时需要量子计算的研究在1970年代蓬勃发展,对于计算机的热消耗效果,阿冈国家实验室Benoiff指出,只要避免计算过程中的不可逆操作者,就不存在计算的能源消耗上限,因此明确提出了不可逆计算机的概念。

计算机

工作不断,量子力学。这是近年来科学界有趣的流行语。

量子学可能会解决问题现在无法解释的问题。这句话可能是嘲笑,但量子学确实是人类突破当前科学技术瓶颈的最重要方向之一。

提到量子学和量子计算,不得不从量子开始想起。量子是现代物理最重要的概念,也就是说,如果物理量不存在大于不可分割的基本部门,则该物理量为量子化,大于部门称为量子,代表非常数量的物质。最初德国物理学家M·普朗克在1900年明确提出。

量子学则是研究微粒运动规律的学科,是研究原子、分子以及原子核和基本颗粒的结构和性质的基本理论。量子计算是遵循量子力学规律控制量子信息单元计算的新计算模式。超越摩尔法则,量子计算带来的新希望随着摩尔法则的过热,传统计算机的计算能力已经达到顶峰。计算能力停滞,高计算能力应用的行业停滞,不会成为科学技术进步的根本障碍,量子计算给予的超大计算能力成为新的曙光。

量子计算机的工作方式与传统计算机明显不同。超级计算机和量子计算机的重要区别在于存储信息的方式,超级计算机和传统计算机一样,是二进制的,处理的是1和0的问题。

传统计算机每个比特都不是0,而在量子计算机中,量子比特可以处于0和1的量子变化状态,这使得量子计算机没有传统计算机无法想象的超级计算能力。然而,这并不意味着量子比特可以像薛定谔的猫一样,它们是两个互相对立的东西——既是还是杀的,还是0的还是1的。理论上,当量子比特不可避免结合时,物理学家可以利用波形量子之间的障碍来计算。不通过这种方式,计算可能需要数百万年。

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例如,一台10量子量子计算机可以一次处理210或1024。量子计算机的处理能力理论上是无限的。量子计算可以使许多产业的想法成为现实,例如确实构建自动驾驶和人工智能。

目前,世界主流国家和大公司正在大力开展量子计算的研究,希望自己首次构筑量子霸权。2012年,美国加利福尼亚理工学院理论物理学家John,Preskill明确提出了量子霸权的概念,指量子计算机能够建立经典的计算机构。

此后,量子颠覆被用作多年来描述量子计算机发展的关键节点,指量子计算机能够解决问题的传统计算机无法解决问题的简单难题,即显示量子的优势。这是量子计算机实际应用的重要一步。

其中,一个经常被视为量子争霸的最重要指标就是量子比特(Qubit)的数量,有学者指出,大约50个量子比特左右,量子计算机就可以超越量子争霸。19年10月,谷歌宣布完成了量子霸权,但之后被IBM主张。

但是,谷歌公开发表的成果有助于人们更好地理解,人类现在离通用型量子技术有多近。50年容易发展,量子计算来临时需要量子计算的研究在1970年代蓬勃发展,对于计算机的热消耗效果,阿冈国家实验室Benoiff指出,只要避免计算过程中的不可逆操作者,就不存在计算的能源消耗上限,因此明确提出了不可逆计算机的概念。Benoiff年明确提出了基于量子力学的约克计算机模型。1982年,加利福尼亚理工学院物理学教授、诺贝尔奖获得者Feynman认为,量子计算机可以模拟量子多系统的进化,这个任务接近古典计算机。

1985年,牛津大学教授Deutsch创建了量子图灵机模型。1995年,物理学家首次明确提出了量子比特信息学的概念,构筑了量子比特的不同意见。2001年,IBM利用核磁共振技术转录了7个核磁矩体,使其成为量子比特,在顺利运营了前兆之后,又顺利地将15个质量分解为3×5,量子计算机首次将量子计算变为现实——整整10年后,中国科学家利用4个量子比特分解为1432005年,人们顺利控制了粒子陷阱中寄居的8个量子比特,到了2010年,人们已经可以在粒子陷阱中生产出14个纠缠不清的量子比特。此后,量子计算反向应用于应用,2011年D-Wave发售了运营128位的一体量子计算机D-WaveOne,这是世界上第一个商用量子计算机系统。

2012年,D-Wave推出了512位量子计算机D-WaveTwo。2015年,D-Wave发表了基于chimeragraph结构的下一代1152位量子计算机系统D-Wave2X。量子计算可能会使计算机的计算能力达到今天的计算机,但仍然没有很多障碍。

大规模量子计算中最重要的问题是如何长时间保持足够量子比特的量子相关性,同时在这个时间段内需要足够高精度的量子逻辑操作者。量子计算必须使所有量子位置持续处于相关性态,这并不简单。

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目前,相关性态只能维持几分之一秒,但随着量子比特的数量和与环境相互作用的可能性的减少,这个挑战更大。量子计算不能构建的第二个主要原因是它像自然中的其他所有过程一样,没有杂音。虽然在经典的计算中也不存在这个问题,但是在经典的计算中处理只需要保持每个计算位置的两个或多个副本来检查。

研究人员目前制定了如何在量子计算中处理这种噪音的战略,但目前的这些处理方法不会大幅度降低计算成本——所有的计算能力都用于数据流动,而不是运营算法。第三个主要原因是量子系统的另一个重要性质,如果不测量,变态就无法维持。

一次测量,量子位置的变化状态不会缩小到确认结果:1或0。因此,我们不告诉量子位置是1还是0。

如果一定要测量的话,有更好的量子位置。虽然有很多困难,但可以确认量子计算将是下一轮科技革命的新起点。量子计算融合了过去半个世纪以来两次技术变革:信息技术和量子力学。

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如果用于量子力学的规则交换二进制逻辑来计算的话,不能攻击的计算任务会解决问题。量子计算的概念鼓励下一代物理学家、工程师和计算机科学家彻底改变信息技术的结构。

未来量子计算的变革既不是科学技术的变革,也不是人类的变革。

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