當(dāng)前位置： CompoTech China > 專題 > 專題報道 >

量子計算：新時代的序幕

本文作者：編輯部點擊： 2022-02-28 14:16

前言：

1980年，物理學(xué)家Paul Benioff提出了一個構(gòu)建小而強大的計算系統(tǒng)----量子計算機。他提出了使用亞原子粒子取代當(dāng)傳統(tǒng)晶體管的物理概念。有別于晶體管單一的狀態(tài)，“0”或者“1”，計算單元的最小單位量子bit出于疊加狀態(tài)，可以是任意狀態(tài)。例如，晶體管計算機可以用8個bit位表示0到255之間的數(shù)字，但每一個基本時鐘狀態(tài)下只能表示其中一個，但是8個量子bit則可以同時表示這256個不同數(shù)字，這是量子計算系統(tǒng)有著超乎尋常計算能力潛力的原因之一。

『過去一百年，人類有兩個偉大的文明突破，一個是計算機的發(fā)明，另一個是量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)。兩者均促進人類世界發(fā)生跨越式的進步。大約二三十年前，這兩個偉大的思想交叉碰撞，發(fā)展出量子信息科學(xué)。』華為量子計算軟件與算法首席科學(xué)家翁文康說。

根據(jù)IBM公布的數(shù)據(jù)，在一項名為Grover’s Search的算法實踐中，在一萬億個列表中查找某一個項目，傳統(tǒng)的晶體管計算系統(tǒng)需要耗時1周時間，而量子計算機僅需1秒！速度相差60多萬倍。

『量子計算機在過去十年中發(fā)展迅速，從理論計算轉(zhuǎn)向現(xiàn)實世界的應(yīng)用。使用相對較少數(shù)量的量子位的系統(tǒng)已經(jīng)可供研究人員使用一段時間，盡管存在固有的局限性，但使用這種硬件的巧妙應(yīng)用程序的數(shù)量已經(jīng)清楚地證明了它們的強大功能。量子計算機將很快可靠地超越經(jīng)典計算的極限』nature雜志的這樣描述量子計算。

對相當(dāng)多的行業(yè)來說，量子計算將帶來顛覆性的改變。

比如在天氣預(yù)報應(yīng)用中，目前各國多采用超級計算機對天氣情況機型復(fù)雜的計算，但是算力仍然難以應(yīng)對多變的氣候條件，只能做出較短時間的預(yù)測（距離近越精確），但是如果借助量子計算的強大算力來預(yù)測天氣變化，可能會幫助科學(xué)家精確、系統(tǒng)地描繪出相當(dāng)長一段時間的天氣變化。這對人類的制造、商業(yè)活動、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域來說都具有積極意義。

再如1994年，Shor發(fā)表的大數(shù)分解量子算法，將會直接威脅到目前數(shù)字世界的網(wǎng)絡(luò)加密系統(tǒng)，借助量子計算機的算力，互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)募用苄畔贿@種算法產(chǎn)生的量子攻擊輕易破解。現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)安全體系在量子攻擊面前會顯得形同虛設(shè)。

IBM的量子計算機 Q System One（圖片來源: ibm.com）

IBM一直在致力于將量子計算投入商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用，并在2019年CES上展示全球首臺領(lǐng)子計算一體機Q System one。這一系統(tǒng)采用了包含第四代20位量子bit的計算系統(tǒng)。這臺設(shè)備使用了超導(dǎo)體技術(shù)，工作溫度接近絕對零度。

這一系統(tǒng)仍然在不斷升級，2021年，IBM 宣布其最新的Q System One-Montreal 達到128QV。

IBM還計劃要在2023年制造實現(xiàn)超過1000量子比特的量子計算設(shè)備，并且向百萬級量子比特目標邁進，期望容錯量子計算機在未來十年內(nèi)實現(xiàn)。

除了IBM，Alibaba、Google、Honeywell、Huawei、D-Wave Systems、IonQ 、Xanadu等公司都在運營或開發(fā)計算系統(tǒng)。

目前的量子計算系統(tǒng)主要停留在研究階段，盡管已經(jīng)成功實現(xiàn)了過百的量子bit位，但是由于系統(tǒng)的噪音較高，會出現(xiàn)不穩(wěn)定，難以承受長時間繁重計算任務(wù)，學(xué)者們認為，要實現(xiàn)真正意義的實用，需要數(shù)萬乃至數(shù)十萬個量子bit才可以，因此，距離真正的量子時代，可能還要等上20年或者更長時間，除非在理論和技術(shù)方面有重大突破。

本月熱點 HOME

欄目熱點 HOME

^{<dl id="aksqm"></dl>}