新闻资讯
News

占地可超过一个足球场 科学家公布大型量子计算

日期:2017-08-21 13:37

       英国萨塞克斯大学日前发布消息说,该校科学家领衔的一个国际团队设计了一份有关如何建造大型量子计算机的技术蓝图,各国科学家可在这一技术架构下合作开发性能强大的通用量子计算机。

  

       量子计算机建立在量子技术的基础上,其性能远远超出传统计算机。原因之一是,传统计算机中的每个比特位只有0和1两种状态,而一个量子比特位可以有多个状态。量子计算机如果开发成功,将在密码破译等方面发挥巨大作用。

  

       最新的这份量子计算机技术蓝图刊登在美国《科学进展》杂志上,由英国萨塞克斯大学、美国谷歌公司、日本理化学研究所、丹麦奥胡斯大学和德国锡根大学的科学家共同完成,详细描绘了建造一个大型量子计算机的技术架构。

  

       据萨塞克斯大学介绍,这份蓝图依赖一项新发明的技术,与过去的量子计算机设计中使用光纤来连接各个计算模块不同,新技术用电场和在其中移动的离子作为连接手段,能够让量子比特在各个计算模块间更快速地传输,从而帮助搭建大型量子计算机,实现远超传统计算机的计算处理能力。

  

       参与这个项目的萨塞克斯大学教授温弗里德·亨辛格说:“建造大型量子计算机无疑是一个非常大的挑战,但现在是时候基于英国在这方面的突破性技术,推进学术成果转化成实际应用。”

  

       研究团队将这份技术蓝图介绍给科学界同行以及科技行业后,接下来计划在萨塞克斯大学,按照蓝图中的技术架构建造一个量子计算机的原型设备。英国《自然》杂志的相关报道说,蓝图所描述的大型量子计算机占地可超过一个足球场,耗资至少1亿英镑(约合8.6亿元人民币)。

 

       近来全球许多国家和机构都在争相研发量子计算机,如美国航天局、谷歌公司等机构合作开发的D-Wave量子模拟机对某些问题的求解速度已超过传统计算机1亿倍。但学术界还是有许多人认为这不是真正的通用量子计算机。

D-Wave推出的最新量子计算机究竟怎样?

       加拿大公司D-Wave近日宣布,推出旗下最新型号的量子计算机D-Wave 2000Q,计算能力是从前型号的两倍。

  

       D-Wave公司称, 新计算机售价1500万美元,Temporal防御系统公司是这台新计算机的首个客户,主要目的是用于网络安全研究。  

  

       但“量子”这个概念很大,真正用来替代现今电子计算机的量子计算机也还停留在实验室里。D-Wave的量子计算机从这家公司1999年建立,到2007年推出第一款产品D-Wave One直到现在,围绕它们的争议就没有停止。

  

       电子计算机的芯片,是用一个个有开、关两种状态的“门电路”组成的。理论上的量子计算机,它的基础结构“量子门电路”,可以处在开、关这两个状态的叠加态上。如果要比喻的话,如果电子计算机可以进行n个计算,量子计算机就可以进行2的n次方种计算。

  

       D-Wave的量子计算机怎么运转?它靠模拟大自然的自发现象来运算。举例来说,一片枯叶的空气中落地的过程很自然,但这个过程实际上就是一系列描述空气动力的复杂方程的一个解。2013年发表在Nature的一篇论文显示,D-Wave量子计算机中的量子芯片,可以利用量子隧道穿透效应,在短时间内完成自然环境里从高能级向低能级的转变,产生一个可以帮助优化复杂问题的参数。这个过程被称为“求解离散空间的局部最优化值”(QUBO),这种算法被D-Wave叫做“量子退火”(quantum annealing)算法。而这种问题,是传统计算机不擅长处理的。

  

       所以D-Wave 的争议之处在于,他们的“量子计算机”并不是理论中的那种计算力可以超越现今电子计算机很多倍的通用型计算机,它不能编程,也不能解决QUBO 之外的其他问题,但它确实利用了量子效应,叫做量子计算机并没问题。这次公布的2000Q 新型号计算机,就是增加了其中量子退火芯片的数量,提高了运算速度。

  

       在这之前,Google 买了一台D-Wave 量子计算机用来研究人工智能、美国国家宇航局NASA 和军火商洛克希德·马丁也采购了同样的机型用来研究。

  

       与此同时,真正的通用型量子计算机的研究也有一些突破。2016年8月,美国马里兰州大学在实验室中制作了具有5个量子比特的计算机原型。这个原型和其他量子计算机都不一样,它可以编程从而解决不同的问题。论文称,这一系统进行基本运算的准确率大约为98%。