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按:本文作者铁流(公共编号:)登场文章。5月3日,全球首台打破早期经典计算机的单光子量子模拟机问世,该量子计算机由中国科技大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波、浙大王浩华教授研究组开发。但是,这不是中国第一次公开发表量子计算取得的成绩,2015年,《中国科学报》报道,中国科技大学杜江峰研究组在固体磁力矩系统中构筑了超过容错阈值的普遍量子逻辑门。

这个结果表示现在固体磁力矩系统量子操作精度的世界最低水平,研究成果公开发表在11月25日的Nature电视台Communications上。2016年中央电视台新闻报道,中国量子计算机取得了突破性进展,中国科技大学量子实验室顺利开发了半导体量子芯片和量子存储。

上个月,中国科学院院长白春礼院士透露,中国科学院正在开发中国第一台量子计算机,预计近年来将成功开发。量子计算了什么?现在使用的古典计算机有什么好处呢?这次发表的量子模拟机的性能如何?经典电脑机的发展遭遇瓶颈,在过去几十年中,由于计算机技术的快速发展,芯片的整合和生产技术飞速发展。

但是,随着生产技术的变化,晶体管格栅在大幅度增大的同时,也带来了副作用。那就是不延长电子移动的距离,晶体管内部的电子自愿通过晶体管地下通道的硅基板展开的从负流向负流的运动,为了解决问题,海外大型企业开发了SOI技术和鳍式场效电晶体技术,通过源极和泄漏灾根的强电介质膜,减少绝缘层的表面积减少电容值,避免再次发生电子光。但是,随着生产技术的发展到7nm,为了进一步延长晶体硅的栅栏长度,隧道的穿着效果不会再次发生,粒子很快就会通过栅栏-在栅栏旁平动的粒子,在动能大于栅栏高度的情况下,根据古典的力学,粒子不能超过栅栏的微观粒子,量子力学证明了超过栅栏的概率。

例如,如果你面前有10米高的墙壁,根据古典的力学,去找合适的工具,就不能刷。但是,对于微粒子来说,微粒子的变动性需要穿过墙壁。

由于隧道的穿着效果,摩尔法则现在过热,古典计算机的发展成为瓶颈。在古典计算机的发展中,已经遇到了消耗电力的墙壁、通信墙壁等一系列问题,传统计算机的性能迅速增加更加困难。

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最典型的例子是CPU大型Intel,2013年以后,Intel的CPU性能急速增加受到限制,因此被网民嘲笑为牙膏工厂。不久前,英特尔开发20年历史的英特尔开发者论坛。其中一个原因是它撞上了性能天花板。在经典计算机发展的瓶颈下,探索新物理原理的高性能计算技术成为必由之路。

量子计算的优势量子计算机具有打破古典计算机的强大并行计算能力。例如,如果要求300位数的质量因数,现在的超计算在十几万年内完成,量子计算机必须在短时间内完成。因此,量子计算在核爆炸模拟、密码解读、材料和微纳生产等领域具有引人注目的优势,是新概念高性能计算领域普遍认为的发展趋势。中国科学院院长白春礼院士对亿次天河二号超级计算机解法亿亿变量的方程组作出反应,需要100年的时间。

一兆次用于量子计算机解法的同一方程组只需0.01秒。根据目前的情况,低温超导系统和量子点系统具有良好的可扩展性,公开发表的研究成果也很多。就量子点系统而言,中国继续领先西方国家。2016年,中国科技大学量子实验室顺利开发半导体量子芯片由砷化镓材料生产,用量子点(半导体技术模拟原子能级结构)构筑量子比特,逻辑比特数为3个。

半导体量子芯片的精度超过90%,在量子纠错码的辅助下,该量子芯片的精度也超过了符合容错计算的精度。相比之下,国外目前还停留在四个量子点代码的两个比特,在这个领域中国已经超过了国际领先水平。本次发表会上公开发表的是两个量子计算原型机,一个是基于低温超导系统,另一个是基于线性光学,两个量子计算原型机有10个量子比特。美国宇宙航空局、加利福尼亚大学圣芭比分校、谷歌宣布构筑的9名超导量子比特高精度操作者。

那么,这两台量子计算的原型机的性能如何?这两台量子计算的原型机符合标准的量子计算概念,但都是专用机,不是通用机-超导系统的原型机,而是线性方程组解法的基于线性光学的原型机,是用来取样玻璃色的。在性能上,实验测试显示,该原型机的采样速度不仅比国际同行类似的实验延迟至少24000倍。同时,与古典算法相比,比人类历史上第一台电子管理计算机(ENIAC)和第一台晶体管理计算机(TRADIC)的运营速度快10-100倍。

换句话说,这两台量子计算的原型机只是在线方程组解法和玻璃取样任务时,与人类历史上第一台电子管理计算机(ENIAC)和第一台晶体管理计算机(TRADIC)相比,运行速度快10-100倍。因此,这两台量子计算的原型机是专用机,比较的对象也是人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机。由此可见,这两台量子计算原型机只是量子计算机发展过程中的一小步。

未来可能没有与ENIAC、TRADIC相似的历史地位,但从性能和通用性的观点来看,这两台量子比特原型机的先进性不能过高。同时,不能丑化这两台量子计算原型机。

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但是,不踏足,不到千里,不积小流,不能成为江海。只要大大取得技术突破,巩固技术储备,就有可能生产出具有打破神威太湖之光计算能力的量子计算机。必须说明的是,与两个量子计算的原型机构建立了10个量子比特的成绩相比,中国科研团队的量子操作者水平非常优秀——这个量子计算的专用机运营一次相当于实现非常困难的物理实验。

需要生产并用于计算这种量子的专用机必须是非常低的操作者水平。因此,中国公开发布了10台量子比特原型机,折射到量子操作者水平,中国科研队已经领先。此外,潘建伟研究团队还计划在2017年底建立约20名光量子比特操作者。结语就像以前说明的那样,现在的技术成果距离确实比传统古典计算机的标准量子计算机具有一定的可玩性。

中科院院长白春礼院士透露,中国开发的第一台量子计算机没有使用任何方案,现在还没有公开。但是,各种迹象表明,行进的方向已经找到了。

我们也希望性能需要多达经典电子计算机的标准量子计算机能够尽快出现。特约原稿允许禁止发布。下一篇文章发表了注意事项。

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