中国量子计算原型机究竟怎么样?|揭秘|清河县广宇橡胶制品有限公司

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据:文章中出现作者铁流,(微信官方账号:)。5月3日,世界上第一台打破早期经典计算机的基于单光子的量子模拟器问世。这台量子计算机由中国科学技术大学的潘建伟、陆朝扬和朱晓波以及浙江大学的王浩华教授领导。然而,这并不是中国第一次公开发表量子计算的成果。

早在2015年,《中国科学报》就有报道称,中国科学技术大学杜江峰课题组在固态磁矩系统中构建了一个超过容错阈值的通用量子逻辑门。这个结果代表了目前世界上固态磁矩系统中量子操纵精度的最低水平,研究结果发表在11月25日的《自然通讯》上。2016年央视新闻报道中国量子计算机取得突破性进展,中国科技大学量子实验室成功研发半导体量子芯片和量子存储。

上个月,中国科学院院长白春礼院士透露,中国科学院正在研制中国第一台量子计算机,预计在未来几年内研制成功。那么量子计算到底算出了什么呢?与现在使用的经典电脑相比,有什么优势?这次公布的量子模拟器性能如何?经典电脑的发展遇到了瓶颈。在过去的几十年里,由于计算机技术的快速发展,芯片的集成和生产工艺得到了突飞猛进的发展。

但随着生产工艺的转变,晶体管栅极越来越大,但也带来了——的副作用,即不会延长电子运动的距离,更容易导致晶体管内部的电子通过晶体管地下通道的硅层自发地从负极向负极运动。为了解决这个问题,国外巨头开发了SOI技术和FinFET技术,通过在源极和漏极上铺设强介质膜或减小绝缘层的表面积来降低电容值,以避免电子光子的复发,但是随着生产工艺发展到7nm,如果晶体硅的栅极长度进一步延长,隧道效应不再发生,粒子将迅速穿过势垒——,沿着势垒移动。

当动能大于势垒高度时,根据经典力学,粒子是不可能穿越势垒的。对于微观粒子,量子力学证明其仍有一定概率穿越势垒。比如你面前有一堵10米高的墙,根据经典力学,你找一个近乎合适的工具,都刷不到。

但是对于微观粒子来说,由于微观粒子的波动,需要穿过壁。正是因为隧道磨损效应,目前摩尔定律已经过热,经典计算机的发展处于瓶颈状态。

在经典计算机的发展过程中,逐渐遇到了功耗墙、通信墙等一系列问题。传统计算机的性能更难快速提升。

最典型的例子就是CPU巨头英特尔。2013年后,英特尔CPU性能的快速增长受到限制,被网友嘲讽为“牙膏厂”。前不久,20年的英特尔开发者论坛被叫停。其中一个原因是达到了性能上限。

当经典计算机的发展遇到瓶颈时,这是探索高性能计算技术新物理原理的必由之路。量子计算的优势量子计算机极大地打破了经典计算机的超级并行计算能力。举个例子,如果我们要找的是300位数的质因数,那么目前的超级计算估计已经完成了十几万年,而量子计算机应该可以在很短的时间内完成。因此,量子计算在核爆炸模拟、密码破解、材料和微纳生产等领域具有显著优势。

这被普遍认为是新概念高性能计算领域的发展趋势。中科院院长白春礼院士曾回应说T需要100年
从目前的情况来看,低温超导系统和量子点系统具有更好的扩展性,因此发表的研究成果更多。

就量子点系统而言,中国继续领先西方国家。2016年,中国科学技术大学量子实验室成功研制出一种砷化镓制成的半导体量子芯片,利用量子点(半导体技术制作出一种模拟原子能级的结构)构建三个逻辑位的量子位。半导体量子芯片的精度在90%以上。借助量子纠错码,这种量子芯片的精度也超过了根据容错计算的精度。

相比之下,国外仍然停留在四个量子点编码的两位数,中国在这方面已经超过了国际领先水平。这次会议上发表了两个量子计算原型,一个基于低温超导系统,另一个基于线性光学。两个量子计算原型都有10个量子位。

截止到美国宇航局,加州大学圣巴巴拉分校,谷歌宣布用高精度算符建造九个超导量子位。那么,这两个量子计算原型的性能如何呢?这两个量子计算原型虽然符合量子计算的标准概念,但都是特殊的机器,而不是一般的机器——超导系统,这个原型是用来解线性方程组的;基于线性光学的原型用于玻色采样。在性能方面,实验测试表明,与国际同行的同类实验相比,样机的采样速度不仅降低了至少24000倍。

同时,与经典算法相比,它比人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)快10-100倍。换句话说,这两个量子计算的原型只用于求解线性方程和玻色采样任务。与人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)相比,运算速度快了10-100倍。所以这两个量子计算的原型是特殊的机器,比较的对象是人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)。

由此可以看出,这两个量子计算原型只是量子计算机发展的一小步。虽然未来可能不会有类似ENIAC和TRADIC的历史地位,但这两个10量子位的原型的先进性在性能和普适性上不应该过分提升。

同时也不可能丑化这两个量子计算原型。但是,没有台阶的堆积,没有距离,没有小溪的堆积,没有江河大海。

只要有大幅度的技术突破,巩固技术储备,就有可能生产出有能力打破“太湖之光”的量子计算机。必须说明的是,相对于两个量子计算原型建成10个量子位的成就,中国科研团队的量子算符水平是出类拔萃的。

——,量子计算的专用机器,只运行一次,相当于一个超级困难的物理实验。这种量子计算需要生产和使用的特殊机器必须具有非常低的操作员水平。所以中国公开发表了两个10量子位的原型,反映出中国科研团队在量子算符层面已经处于领先地位。此外,潘建伟的研究团队还计划在2017年底前建立大约20个光学量子位运营商。

结论如前所述,与完成性能高于传统经典计算机的标准量子计算机相比,目前的技术成果仍可玩。中科院院长白春礼院士透露,国内正在研发的第一台量子计算机不会使用任何方案,目前尚未公开。但是有迹象表明,行进的方向已经找到了。

我们也期待性能需求和经典电子计算机一样多的标准量子计算机尽快问世。特殊手稿的出版应得到允许和禁止。以下是发布通知。

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