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可商用量子计算机问世 短期内仍难解决现实问题

   2019-11-19 14:44:21   

       

量子计算机已经成为引发激烈竞争的科技前沿。此外,相关的竞争越来越激烈。

最近引起强烈关注的是这两大技术巨头在这一领域取得的进展:ibm上个月宣布,将于今年10月中旬正式发布一台53量子位的商用量子计算机;后来,谷歌的研发团队在一篇论文中透露,量子霸权首次实现。

它与经典的计算机非常不同。

据国外媒体报道,ibm即将推出的53位量子计算机将通过云向客户开放。

这个量子计算机系统将成为ibm在纽约州的新量子计算中心的一部分。该中心有五台20比特的量子计算机,并计划在10月份将它们增加到14台。Ibm承诺向外界开放95%的量子计算机服务。

20世纪90年代,许多开发量子计算机的科学家被认为是“作弊”。现在,量子计算机已经成为一个热门的前沿科技领域,其发展前景也受到许多科技公司的青睐。

那么,量子计算机到底是什么?

"从底层到操作模式,量子计算机与经典计算机完全不同."中国科学院物理研究所研究员、固态量子信息与计算实验室主任范桁架(Fan truss)表示,量子计算机遵循量子力学原理,以量子比特为基本量子信息单元,具有量子纠缠和相干叠加的特点,旨在解决实际和科学问题。

举一个简单的例子,经典计算机的基本单位是由0和1组成的比特。量子位可以是0或1,这包含更多信息。

实现量子计算的必要条件包括可伸缩性、初始化、长期一致性等范桁架(Fan truss)表示,可伸缩性,即增加量子位的数量,可以实现大规模量子计算。然而,长相干时间,即量子态保持量子相干,并可用于逻辑运算。

从使用的角度来看,量子计算机可以分为两种类型:特殊型和通用型。专用计算机可以解决特定的问题,但是它们并不适合解决所有的问题。通用量子计算机可以解决更多的问题。

在量子计算机的相关竞争中,量子霸权受到了特别关注。

量子霸权是如何实现的?业界普遍认为,如果量子计算机在某个问题上比最强大的传统计算机具有更强的计算能力,量子霸权是指实现对传统计算机的“霸权”。该行业认为,如果能有效操纵大约50个量子位,量子霸权就能实现。

据国外媒体报道,谷歌用来实现量子霸权的量子计算机有53个量子位。

即将解决实际问题

总的来说,量子计算机现在的发展水平是什么?

“拥有大约50个量子位的量子计算机正处于解决实际问题而不是解决实际问题的边缘。”中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室韩付正教授在接受《科学技术日报》采访时回答说,现有的量子计算机很难但并非不可能在短时间内解决实际问题。

在韩付正看来,量子计算机的未来发展趋势非常明确:首先,应该构建量子计算机;下一步是增加量子位的数量,提高量子位的质量。此后,量子计算机相关应用软件也将成为核心竞争点。

"量子计算机的研究和发展目前面临许多核心问题."汉·付正说。

一方面,这些困难涉及保真度,即量子计算机在计算时可能产生多大的误差。误差越大,保真度越小。如果保真度小到一定程度,计算结果将是不可靠的,量子计算机将失去其存在的意义。因此,必须保证保真度达到一定水平。

另一方面是保持量子相干性。因为量子计算机在计算过程中必须保持所有量子位相互纠缠,但是外部环境的干扰会破坏量子的相干性。因此,有必要找到一种方法来保持量子相干性更长时间,以便在量子相干性消失之前完成计算任务。

目前,量子计算机中的算法相对较少,这可能会影响量子计算机未来的应用前景扇形桁架指出。

然而,韩付正给出了不同的观点。他认为量子计算机领域目前有两种算法。如果量子计算机能够建立起来,这两种算法的应用已经相对广泛,足以解决许多问题。

“当然,如果有更多的新算法,就能解决更多的问题,这样会更好。”汉·付正说。

至于量子计算机将由什么材料制成,范军说,研究人员仍在尝试。目前,有许多可能性,如超导材料、光子材料、原子材料等。无论使用哪种材料,核心原理都是适用于量子计算机的运算法则。

盲人像大象一样向前摸索。

汉·付正把量子计算机的发展比作“盲人摸象”

“量子计算机的发展相当于从现在的经典计算机开始,重新做整件事。材料、硬件、软件和算法等所有环节都应重新考虑。”韩付正解释说,与此同时,没有案例可以学习,也没有人知道如何成功,所以研发团队只能探索和前进。

更不用说,研发过程还将受到各种量子特性和各种实际研发条件的限制。

然而,量子计算机诱人的应用前景仍然令人垂涎。

“未来,量子计算机可以在人工智能、大数据处理、信息搜索、生物制药、物流优化等领域发挥重要作用。”范桁架说,以生物制药领域为例,量子计算机可以更好地模拟生物反应中涉及的量子过程。

许多内部人士对《每日科学》记者表示,目前,谷歌、ibm和deep wave等外国公司正在大力发展量子计算机,阿里巴巴、腾讯和华为等国内公司也成立了量子计算机研发团队。

从国家层面来看,量子信息技术也受到了前所未有的关注。

2018年,美国国会通过了《国家量子倡议法案》。根据该法案,美国将实施国家量子倡议项目,目标是在未来10年加快量子信息科学及其技术应用的发展。该法案规定,美国总统必须成立国家量子倡议咨询委员会,以掌握国家量子倡议项目和量子信息科学技术的进展。

欧盟委员会(European Commission)在2018年宣布了“量子旗舰计划”,预计未来10年将在量子研发方面投资10亿欧元。该计划的目标之一是巩固和扩大欧洲在量子技术研发领域的领先地位。

中国也非常重视量子通信和量子计算机技术的研究和发展。其中,量子通信和量子计算机已被列入“2030年科技创新——重大工程”。据相关报道,国家量子信息科学实验室的建设也在推进。

“如果接下来的50年是量子计算机的时代,而量子计算机领域没有相关的核心技术,那么它肯定会被别人控制,所以没有人能够在这个领域失去竞争。”范说。(记者李媛媛)

(编辑:李钱强和高红霞)

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