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量子计算机的最新进展

  • 杂文
  • 2021-09-28

提到量子,大家都了解,有人问中国量子计算机进展如何,当然了,还有人想问量子计算机的最新进展,这到底是咋回事?事实上量子计算机的最新进展呢,今天小编整理了量子计算机的最新进展,希望能帮到你。

量子计算机的最新进展

界著名计算机学家、获得过“计算机界诺贝尔”之称的图灵奖、中科院外籍院士姚期智曾经说过:……现在距离做出来量子计算机还有最后一公里,但是是非常难的一公里……

这意思就是我们将会是见证量子计算机诞生的一代人,量子计算机出现已经是必然。

就在这个时候,我国量子科学家潘伟健院士宣布,我国在量子计算机领域已经做到了质的跨越,不出十年便可以实现上百量子比特的纠缠。

可能有人对“上百量子比特”有些不感冒,觉得仅仅只是上百的东西,有什么大不了的。

但是其后面的“比特”是关键,因为我们所知的经典力学根本“无法明确的定义量子”。

1.提供更为精准的天气预报

量子计算机初创企业QxBranch的董事会成员雷伊·约翰逊(Ray Johnson)表示,即使用最尖端的仪器分析温度和压力时,也会出现太多可能性,气象模拟变化多端,而当前的天气预报多数也都属于经过分析的大致猜测。但量子计算机可以一次分析所有数据,向我们提供更好的模型,精准地显示恶劣天气会在何时何地出现。我们可以提前得知飓风等灾难来袭,并有额外时间拯救更多生命。

谷歌(微博)工程主管哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)同时指出,量子计算机可以帮助建立更好的气象模型,这可以让我们更深入地了解人类如何影响环境,并帮助我们确定现在能够采取哪些措施,以便能预防灾难发生。了解更多有关气候如何变化的趋势,从长期来看将对我们有很大帮助。

2.药物发现过程更高效

开发一种新药是非常复杂的过程。化学家们需要进行无数不同分子组合方式试验,以找到可真正有效治愈疾病的药物特性。这一过程可能需要数年时间,耗费数百万美元资金。但化学家们将这些组合进行后期实验时,依然会有很多组合失败。

而量子计算机可以绘制出数以万亿计的分子组合模式,并迅速确定最有可能生效的组合,这将大大节省研发成本和药物研发时间。与我们当前所用方式相比,量子计算机为人类基因分析排序的速度也更快,这将帮助研发个性化药物和医疗保健方式。

比如,现在很多药物无法投入市场,因为一部分人对其反应特别严重。为此,我们通常会选择放弃这种药物,尽管其可能对许多人有很大帮助。随着个性化基因分析的出现和了解更多药物原理,我们将可以预测出这些不良反应。

3.再也没有交通拥堵噩梦

量子计算机可以简化空中和地面交通控制的工作量,因为它们善于迅速计算出最佳路线。如果你计划公路旅行,期间要在10个不同的地方停留,普通计算机可能需要单独计算所有可能路线的长度,然后筛选出最佳路线。而量子计算机可以同时计算所有路线的长度,并以更快的速度筛选出最佳路线。

使用量子计算机对空中交通模式进行复杂分析,意味着可进行更高效的飞行调度,并节省出行所需时间,因为我们可以更好地避免机场飞机起飞和着陆造成的瓶颈。同样的技术也可被应用到高速公路和复杂城市电公路网中,以避免拥堵。

4.可加强军事和国防

约翰逊说,卫星不断收集大量照片和视频资料。任何人都不可能搜遍和分析如此多的数据,因此很多数据只是被扔在一边。在某些被丢弃的数据中,我们可能错过关键情报。

但量子计算机却可以比普通电脑或人类快得多的速度筛选大量数据,并向我们提供哪些照片或视频应该做进一步分析,哪些可以忽略和丢掉。普通计算机也不太擅长“瓦尔多在哪儿?”此类识别任务,但像人一样,量子计算机却非常善于从混乱的背景中找出具体细节。

5.安全的加密通信

无论我们自己是否意识到,我们实际上一直都在使用加密技术。当我们查看电子邮件或使用信用卡网上购物时,我们都非常依赖加密技术。通过使用与量子计算机类似的怪异量子力学特性,加密技术将变得更加安全。

这种超级安全通信被称为“量子密匙分配”,它允许某人发送信息给其他人,而只有使用量子密匙解密后才能阅读信息。如果第三方拦截到密匙,鉴于量子力学的怪异魔力,信息会变得毫无用处,也没人能够再读取它。这种通信技术的初级版本已经在欧洲一些地方开始使用,但依然无法在美国大规模使用。

但是量子计算机的同样原理可令通信变得更加安全,量子计算机可令破解我们当前使用的加密信息更为容易。爱德华·斯诺登(Edward Snowden)曝光的NSA绝密文件中称,NSA也有开发量子计算机的计划。如果黑客获得量子计算机,银行和政府等老式加密数据可能陷入严重危险中。

6.加速太空探索

利用开普勒太空望远镜,天文学家已经在太阳系外发现近2000颗系外行星。开普勒的任务还包括盯紧这些行星,等待它们从宿主恒星前面通过。届时,这些系外行星会投下阴影,天文学家可分析和预测这些行星上的大气状况,以及它们是否适合生命生存。

量子计算机可应付太空望远镜获得的更多数据,并发现更多系外行星,帮助迅速确认哪些行星最有可能适合生命生存。量子计算机甚至能够发现开普勒望远镜错过的系外行星。

7.机器学习和自动化

这听起来似乎令人觉得毛骨悚然,但像人类一样,量子计算机可从经验中吸取教训。它们可自我纠错,比如,量子计算机实际上可以修改出现乱码的程序代码。这一概念被称为机器学习,与Facebook新闻流会根据你的“点赞”而进行相应变化类似,只是更为复杂。

量子计算机的机器学习可帮助我们更快、更高效地做很多事情,量子计算机功能的持续改善可能促使半自动车辆和其他先进人工智能诞生。所有这些应用都令人激动不已,但要实现这些目标,我们依然有很长的路要走。很多公司和机构都在研发量子计算机,包括谷歌和美国宇航局等。当这些大公司和机构参与到类似前沿技术中时,我们通常不会等太久就会看到重大突破。

我国学者量子计算研究获得哪些新进展?

近期,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在半导体量子计算芯片研究方面取得新进展。实验室郭国平研究组创新性地引入第三个量子点作为控制参数,在保证新型杂化量子比特相干性的前提下,极大地增强了杂化量子比特的可控性。国际应用物理学顶级期刊《应用物理评论》日前发表了该成果。

开发与现代半导体工艺兼容的电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一。由于固态系统环境复杂,存在着电荷噪声、核磁场等各种退相干机制,不同形式的编码方式都有一定局限,比特的超快操控与长相干往往不可兼得。郭国平研究组2016年首次在砷化镓半导体双量子点芯片中实现了量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特,将传统电荷量子比特的品质因子提高了10倍以上。

为了提高杂化量子比特能级可控性,研究人员将非对称思想进一步运用到三量子点系统,将原有的双量子点结构扩展成线性耦合三量子点系统。他们通过理论计算分析发现,当中间量子点与其两侧量子点耦合强度非对称时,电子在双量子点中演化的能级结构可以被第三个量子点高效地“间接”调控。在实验中,他们首先通过半导体纳米加工工艺精确制备出非对称耦合三量子点结构,再利用电子的原子壳层结构填充原理,巧妙地化解多电子能级结构复杂性这一难题,构造了具有准平行能级的杂化量子比特。在保证比特相干时间的情况下,通过调节第三个量子点的电极电压,清晰地观察到比特能级在2至15GHz范围内连续可调。

量子芯片研制有新进展了吗?

据报道,中国科学技术大学该校郭光灿院士团队近期在半导体量子芯片研制方面获得新进展,在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控,为未来研制可扩展、可集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》日前发表了该成果。

开发与现代半导体工艺兼容的半导体全电控量子芯片,是当前量子计算机研制的重要方向之一。该团队通过理论计算分析,成功实现了世界上首个基于半导体量子点体系的三电荷量子比特逻辑门,进一步提升了量子计算的效率。

《物理评论应用》审稿人认为,这项工作是半导体量子点量子计算方向的一个重要进展,将引起学界对该领域极高的研究热情。

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