量子計算機到量子位元,各國為什麼致力於這一領域

2021-03-03 20:35:23 字數 3730 閱讀 3743

1樓:木樨

在微觀尺度上,一個量子位元可以同時處於多個狀態,而不像傳統計算機中的位元只能處於0和1中的一種狀態。

這樣的一些特性,讓量子計算機的計算能力能遠超傳統計算機。美國谷歌公司等機構在2023年宣佈,它們的「d波」(d-wave)量子模擬機對某些問題的求解速度已達到傳統計算機的1億倍。雖然它並不被認為是真正的量子計算機,但量子計算的巨大潛力已經顯露。

量子計算需要克服環境噪聲、位元錯誤和實現可容錯的普適量子糾錯等一系列難題,真正量子計算機研發挑戰巨大。

為加速進入量子計算機陣營,各國**紛紛加大投入。歐盟在2023年宣佈投入10億歐元支援量子計算研究,美國僅**的投資即達每年3.5億美元。

中國也在大力投入,目前正在籌建量子資訊國家實驗室,一期總投資約70億元。

如果「量子霸權」實現,人類計算能力將迎來飛躍,接下來就會是在多個領域的推廣。一些行業巨頭已經盯上了量子計算未來應用:阿里巴巴建立了量子計算實驗室;中科院與阿里雲合作釋出量子計算雲平臺;ibm也在去年宣佈計劃建立業界首個商用通用量子計算平臺ibm q,還與摩根大通等公司合作計劃在2023年前推出首個在金融領域的量子計算應用。

傳統計算機要100年才能破解的難題,量子計算機可能僅需1秒,如此「洪荒之力」、酷炫前景各國豈能袖手旁觀?

去年底,美國ibm公司宣佈推出全球首款50量子位元的量子計算原型機,量子計算領域的競爭進入關鍵階段。

聰者聽於無聲,明者見於未形。

當魔幻般的理論在現實中推動進步,各國的科研實力體現無疑。

在ibm公司宣佈成果的半年前,中國科學家已釋出世界首臺超越早期傳統計算機的光量子計算機,實現10個超導量子位元糾纏,在操縱質量上也是全球領先。

從個位數到幾十量子位元的進展,各國你追我趕,這到底是為什麼?

從2023年到2023年,正如摩爾定律**的一樣,每18個月積體電路上可容納的元器件數目約增加一倍,計算機的效能也相應提升近一倍。但2023年後這種趨勢就開始放緩,極其微小的積體電路面臨散熱等問題考驗。

量子計算到底什麼鬼

2樓:活寶上大夫

我們最近一直在深入分析量子計算初創公司方面的融資情況,去年這個新興行業的資金投入增長了100%以上,這個領域的投資者和初創公司的數量也都出現了顯著增加。

但是我們的一些讀者指出,要是出一篇大體上介紹量子計算的入門文章將大有助益。為此,我們寫了這篇文章。

1)量子計算機是什麼東東?

量子計算機依賴出現在自然界的量子力學現象――基本上是物質的兩種重要狀態,名為疊加(superposition)和糾纏(entanglement)。物質的這些狀態被用於計算時,有望提升我們對複雜資料集執行計算的能力。

這裡的重要區別在於量子計算機不同於傳統計算機,而傳統計算機是依賴電晶體的二進位制數位電子計算機。

電晶體?

普通智慧手機裡面就有幾十個電晶體,電晶體可在兩種狀態之間切換:0或1,即開或關,從而計算資訊。量子計算機並不使用電晶體(或經典位元),而是使用量子位元(qubit)。

量子位元是量子計算機中基本的資訊單位。

量子位元可能是-1或1,也就是同時擁有這兩個值的屬性,這就叫疊加。所以,執行計算方面立即有了更多種可能性。

如今市面上最先進的量子計算技術可以使用多達1000個量子位元。

另外,量子位元可以利用一種名為量子糾纏的狀態;在這種狀態中,成對或成組的量子粒子連線起來,那樣每個粒子就無法獨立於其他粒子來加以描述,即便粒子之間隔著很遠的距離(比如宇宙的兩端)。

愛因斯坦稱之為「遠距離的幽靈行動」(spooky action at a distance),它正是量子傳輸的理論基礎。

這時候你可能想知道,愛因斯坦,那條管子裡到底是什麼東西?

不過別擔心……

對於我們這些不是量子物理學家的普通人來說,重要的是,由於量子位元以及疊加和糾纏現象,量子計算機可以同時處理大量計算任務,而且速度比傳統計算機快得多。

2)這種技術有什麼樣的實際應用?

首先,不妨來一個思維實驗。設想一下**簿,然後設想你要在該**簿中查詢某個特定的**號碼。使用電晶體的經典計算機會搜尋**簿的每一行,直至找到並返回匹配號碼。

相比之下,由於擁有量子位元,量子計算機可以同**估每一行,並返回結果,速度比經典計算機要快得多,因而可以立即搜尋整本**簿。

因此,該技術可以應用於似乎有無限變數的行業問題,那些變數組合構成了一系列數量非常多的潛在解決方案。這些巨大的變數問題通常被稱為優化問題。

比如說,為北美的每個人優化每條航線、機場時刻表、天氣資料、燃料成本和乘客資訊等,從而獲得最具有成本效益的解決方案。經典計算機通常需要幾千年時間來計算解決這個問題的最佳方案。從理論上來說,每臺量子計算機的量子位元數量增加後――這一幕已成為現實,量子計算機就可以在幾小時內或更短時間內完成這項任務。

投資公司draper fisher jurvetson的董事經理斯蒂文·尤爾韋特鬆(steve jurveston)是d-wave systems的早期投資者,這家公司被廣泛視為是量子計算的開路先鋒和標準制定者。他稱量子計算機容量日益增加這個現象是「羅斯定律」(rose law),該定律以d-wave公司的技術長喬迪·羅斯(geordie rose)命名。

量子計算的羅斯定律就好比半導體處理器領域的摩爾定律。基本上,量子計算機的速度已經變得很快很快。

d-wave處於量子計算商業應用的最前沿。但是有一些細節需要考慮。不妨聽聽斯蒂文·尤爾韋特鬆的說法。

「d-wave還沒有做出一款通用量子計算機。它就好比是針對特定應用的處理器,經過了調優,旨在處理一項任務――解決離散優化問題。這對應於許多現實世界的應用領域,從金融、分子建模到機器學習,不一而足,但是它不會改變我們目前的個人計算任務。

在短期內,假設它會應用於科學超級計算任務和商業優化任務(如今啟發式方法在這些領域也許綽綽有餘),可能會隱藏於網際網路巨頭的資料中心,改善影象識別及其他形式的近似人工智慧的神奇任務。在大多數情況下,量子計算機對經典計算叢集而言將是起到加速作用的協處理器。」

d-wave向谷歌之類的客戶銷售和出租量子計算機。據說這些機器的成本在1000萬美元到1500萬美元之間,所以開始省錢吧。

而最新一代的d-wave 2x系統其工作溫度約15毫開,這比星際空間的溫度冷180倍。

就算d-wave機器沒戲,ibm已經在提供「世界上第一個通過ibm雲提供的量子計算平臺」,旨在讓公眾可以發掘量子處理能力。

3) 網路安全與量子計算有什麼關係?

現代密碼學(密碼)依賴名為素數因子分解的數學函式。基本上,大數被分解成素數,然後這些素數可以相乘,從而得到大數。經典計算機並不擅長於這方面,要花很長時間才能破解基於素數因子的加密**。

不過你也猜到了,量子計算機確實很擅長於此。

世界各國**都在競相製造能夠淘汰所有現代形式的密碼的量子計算機。

為了開發出防止黑客的通訊,中國**最近將據稱是世界上第一顆量子衛星送入軌道。這顆衛星的名字叫「墨子」(micius)。「墨子」旨在研發出遠距離量子加密通訊。

這不是「墨子」。

這才是「墨子」!

量子加密是指這個概念:使用所謂的量子金鑰分配(qkd)方法,遠距離傳送糾纏的光粒子(糾纏光子),以達到確保敏感通訊安全的目的。

在qkd中,傳送方和接收方都通過為每個光子分配0或1,以此測量他們接收到的糾纏光子的極化。這建立了量子金鑰,而量子金鑰可用於解密加密訊息。

最重要的一點是,如果量子糾纏光子被任何人攔截,系統會立即顯示受到干擾的跡象,表明通訊不安全。

簡而言之:

量子計算機依賴量子力學的基本原理來加快解決複雜計算這一過程。這些計算通常包括看似數量不可估量的變數,應用廣泛,從高階基因組學到金融等行業,不一而足。此外,量子計算機已經在重塑網路安全的一些方面,這歸功於它們能夠基於素數因子分解來破解**,以及能夠提供高階的加密形式,以保護敏感通訊。

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你好,這個說不來,等到這項技術完善了,成本都降低了,就差不多了。共同期待吧!謝謝採納。成本太高 材料稀有 不可能民用 以後應該能找到替代的 量子計算機什麼時候可以問世?由英國布裡斯托爾大學領導的國際研究小組日前成功研製出速度更快 資訊儲存量更大的光粒子 以下簡稱光子 晶片,為量子計算開闢了新道路。科...