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談談量子計算基本原理和現狀概況

未知 2019-06-17 14:08

曾經中科院召開發布會正式宣布:世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機在中國誕生。

這件事當然要點贊,不過也要有正確的姿勢。

幾個要點

有人在激動之余,把這件事理解為世界第一臺量子計算機誕生,這顯然就不對了。也沒有正確理解中科大潘建偉、陸朝陽、朱曉波和浙大王浩華等教授,經過長期攻關獲得的這一成果。

中國這臺量子計算機性能如何?通過公開信息可見:

■ 目前只有一個單光子的量子模擬機,并且證明了通過量子計算的并行性加速求解線性方程組的可行性。

■ 這個科研用的模擬機,性能比人類第一臺電子管計算機(1946年誕生)和第一臺晶體管計算機(1954年誕生)快10-100倍。

實際上,這件事的突破之處體現在以下三個方面:

1、 高效率多光子玻色采樣

在玻色采樣這個問題上,量子算法有著指數級的優勢。潘建偉團隊制造出一臺專門計算玻色采樣的光量子計算機,在計算三光子、四光子、五光子玻色采樣問題時,計算速度比國外同行和早期計算機要快。

談談量子計算基本原理和現狀概況

2、超導電路中實現10比特糾纏和并行邏輯運算

就目前已經公開的情況看,是超導量子系統中最多的比特糾纏數,這在全世界也是處于領先的水平。

3、使用超導量子處理器求解線性方程組

在四個超導量子比特上,證明了通過量子計算的并行性加速求解線性方程組的可行性。

先說到這里,懂的自然懂,不懂的應該還是不懂有專業人士給了量子位一個簡單的總結:是個很棒的成果,但仍然需要冷靜看待。

基本原理和現狀概況

昨天不少讀者在后臺留言,希望解釋一下量子計算機。那么,接下來量子位就強行講講量子計算機。

目前量子計算機有很多實現的方法,上面潘建偉團隊使用的就是超導+多光子的方法。除此以外,還有半導體量子芯片和離子阱等等路徑。

為了制造量子計算機,谷歌、IBM想出的辦法是用超導回路,深耕半導體行業幾十年的英特爾希望用傳統的硅晶體管,而一家名為ionQ的公司則是使用離子。

核心原理無非一個:進入量子力學奇怪和反直覺的世界(包括疊加態以及糾纏、隧穿),加快計算速度。

與傳統計算機使用0或者1的比特來存儲信息不同,量子計算機使用量子比特來存儲信息。量子比特存儲的信息可能是0、可能是1,或者有可能既是0也是1。

量子力學認為,微觀物體可以處于一種似是而非的狀態,即一個原子可以同時處于兩種狀態。

1個量子比特可以存儲2種狀態的信息,也就是0和1;2個量子比特就可以存儲4種狀態的信息,3個8種,4個16種。

量子計算機的性能隨著量子比特的增加呈指數增長,而傳統計算機按比特位呈線性增長。總有那么一個臨界點,量子計算機的性能就會超過傳統計算機。

雖然量子計算機看似美好,但目前還有許多挑戰,最大的問題在于這些計算機的精度相比傳統計算機實在是低太多了。一些微小的擾動,都可能帶來極大的破壞。

談談量子計算基本原理和現狀概況

不久前,在IBM在和ionQ公司的一次量子計算機大比拼中,兩家開發的計算機分別只有35%和77%的運算正確率。

這還只是5個量子比特的情況,如果是有成千上萬個量子比特,那量子計算機恐怕根本不可能得到正確的結果。

而且5個量子比特的計算機現階段遠遠落后于我們手中的筆記本電腦。

長什么樣?舉個栗子

說一千道一萬,量子計算機到底社么樣?我們來舉一個真實的栗子:D-Wave。這家加拿大公司是量子計算機界一個充滿爭議的明星。

D-Wave開發出了世界上第一臺商用量子計算機。年初,他們推出可以處理2000量子比特的第四代產品:2000Q,售價超過1億元人民幣。

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