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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

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商业量子计算机可用。短期内仍然难以解决实际问题

记者刘媛媛

量子计算机已经成为引起激烈竞争的技术前沿。而且,相关的竞争变得越来越激烈。

最近,这两家技术巨头在该领域的进展令人担忧:小发猫上个月宣布,它将在今年10月中旬正式发布商用量子计算机,其容量为53量子比特。随后,谷歌研发团队在一篇论文中透露,量子霸权是第一次实现。

与经典计算机不同

据国外媒体报道,小发猫即将推出的53位量子计算机将通过云向客户开放。

该量子计算机系统将成为位于美国纽约的小发猫新量子计算中心的一部分。该中心拥有五台20量子位量子计算机,并计划在十月份增加到14台。小发猫承诺开放其95%的量子计算机服务。

在1990年代,许多开发量子计算机的科学家被认为具有“欺骗性”。如今,量子计算机已成为热门和前沿的技术领域,其发展前景也受到许多技术公司的青睐。

那么,量子计算机到底是什么?

“从底层到计算模型的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,固体量子信息与计算实验室主任范伟说,量子计算机遵循量子力学的原理与量子位。基本量子信息单元的特征是量子纠缠和相干叠加,旨在解决实际和科学问题。

举一个简单的例子,经典计算机的最基本单位是由0和1组成的位。qubit可以是0或1,并包含大量信息。

“量子计算实现的必要条件包括可伸缩性,可初始化性,长相干性等。”范伟说,可扩展性可以增加量子比特的数量并实现大规模量子计算。而长相干时间是量子。该状态保持量子相干性,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:专用和通用。专用计算机可以解决特定问题,但并不适合解决所有问题。通用量子计算机可以解决更多问题。

在有关量子计算机的竞争中,量子霸权受到了特别的关注。

您如何实现量子霸权?业界普遍认为,量子霸权意味着如果量子计算机比最强大的传统计算机具有更多的计算能力,那么它们将比传统计算机实现“霸权”。业界认为,如果您可以有效地操纵大约50量子位,就可以实现量子霸权。

据国外媒体报道,谷歌用于实现量子霸权的量子计算机有53个量子比特。

是否有可能解决实际问题的边缘

总体而言,量子计算机的发展水平如何?

“具有约50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正毅教授在接受《科技日报》记者采访时答道。在很短的时间内,使现有的量子计算机解决实际问题是困难的,但并非不可能。

在韩正轩看来,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体系结构;下一步是增加量子比特的数量,提高量子比特的质量。之后,与量子计算机相关的应用也将成为核心竞争点。

“量子计算机的发展目前面临多重核心挑战,”韩正轩说。

这些问题一方面涉及保真度,即量子计算机在计算时会产生多少误差。误差越大,保真度越小。如果保真度足够小,则计算结果将不可靠,并且量子计算机将失去其存在的意义。因此,我们必须确保保真度达到一定水平。

另一方面是保持量子相干性。由于量子计算机必须在计算过程中使所有量子位纠缠在一起,因此外部环境干扰将破坏量子的相干性。因此,有必要找到一种使量子相干性更长的方法,以便在量子相干性消失之前执行计算任务。

“目前,用于量子计算机的算法较少,这可能会影响未来量子计算机的应用前景。”范伟指出。

但是,韩正熙给出了不同的看法。他认为,量子计算机领域主要有两种算法。如果可以建立量子计算机,那么这两种算法的应用就非常广泛,足以解决许多问题。

“当然,如果有更多新算法,则可以解决更多问题,那就更好了。”韩正轩说。

哪些材料用于量子计算机,范伟介绍说,研究人员仍在尝试,并且有许多可能性,例如超导材料,光子材料和原子材料。无论使用哪种材料,其核心原理都适用于量子计算机的运行规律。

盲人像来访一样探索

韩正毅将量子计算机的发展比喻为“盲人”。

“研发量子计算机等同于从头启动经典计算机,然后再重新做一遍。应重新考虑材料,硬件,软件,算法等的所有方面。”韩正轩解释说,与此同时,没有可借鉴的案例,也没有人知道如何去做,因此每个研发团队只能探索和前进。

更不用说研发过程受到量子性质和现实世界发展条件的各种限制。

尽管如此,量子计算机的诱人应用前景仍然令人垂涎。

未来,量子计算机将在人工智能,大数据处理,信息搜索,生物制药和物流优化等领域发挥重要作用。范伟说,在生物制药领域,量子计算机可以更好地模拟生物反应中涉及的量子过程。

许多行业内部人士告诉《科学技术日报》记者,谷歌,小发猫和Deep-Wave等外国公司正在大力开发量子计算机。国内的阿里巴巴,腾讯和华为公司也建立了量子计算机研发团队。

从国家的角度来看,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《国家量子计划法案》。根据该法案,美国将实施“国家量子计划”项目,以期在未来十年内加速量子信息科学及其技术应用的发展。该法案规定,美国总统必须建立国家量子计划咨询委员会,以掌握国家量子计划项目和量子信息科学与技术领域的进展。

欧盟委员会于2018年宣布了“量子旗舰计划”,并有望在未来10年内投资10亿欧元用于量子研发。该计划的目标之一是巩固和扩大欧洲在量子技术研发方面的领先地位。

中国也非常重视量子通信和量子计算机技术的研究与开发。其中,量子通信和量子计算机已被列入“ 2030年科学技术创新-重大项目”。据有关报道,国家量子信息科学实验室的建设也在推进中。

“如果未来50年是量子计算机的时代,并且在量子计算机领域没有相关的核心技术,那么它肯定会受到人们的欢迎,因此没有人能承受失去这一领域竞争的机会。 ”范说。

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