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量子计算究竟离商业化还有多远?看完你就了解了

发布时间:2018-09-19 访问次数:484次 来源:科钛网 分享:

远隔天边的两个粒子也可以具有量子纠缠,但不违反相对论

万众期待的《蚁人2》,终于于上月(8月24日)上映了,豆瓣开局亮出了7.5分。虽然表现平平,但是其中的“量子纠缠”、“量子态”等“量子计算”理论,却引起一票观众的好奇与热议。在《蚁人2》中,珍妮特博士困在亚原子空间30年,吸收了无数的量子能量,通过“量子纠缠”,和斯科特联系完全不需要物质的连接,甚至可以无视空间的阻碍,就像鬼上身一样!而幽灵女的相位能力也是类似,粒子在运动的时候不是按经典物理中有轨迹的运动,而是呈现一种能级跃迁,以概率叠态的形式出现。这也就是说为什么幽灵女为什么打不中,还能穿墙,他的细胞时刻都在不同的空间里存在!可以说,量子相关理论真的是酷炫狂拽吊炸天的黑科技了!

其实,并不仅仅局限于科幻片,有关量子的相关理论研究已经真真切切地存在于我们生活之中。2016年8月16日,中国首颗量子科学实验卫星成功发射。随后,上海大学数学系一位副教授对量子通信和量子计算提出了一系列质疑,被诸多媒体引用、报道。多家媒体也就上海大学这位老师对量子通信和量子计算的看法发表报道。量子计算也在众人期待当中,缓缓地揭开了神秘面纱。

何为量子计算?

经典计算机采用比特在长序列中表示开或关的状态,而量子比特(或量子位)则应用了亚原子粒子近乎神奇的特性。例如,电子或光子可以同时处于两种状态——这种现象称之为叠加态。因此,基于量子比特的计算机可以比经典计算机以更快的速度完成更多计算。

“如果你有一台双量子比特的计算机,再添加两个量子比特,它就变成了一台四量子比特的计算机。然而它的计算能力远非提高一倍,而是以指数方式增加。”麻省理工学院科技评论(MIT Technology Review)旧金山分社社长Martin Giles解释道。

计算机科学家有时把这种量子计算效应描述为能够同时沿着非常复杂迷宫的每条路径走下去。即便彼此之间没有物理连接,量子比特也可以相互影响,这一过程被称为“量子纠缠”。从计算的角度来说,这使他们能够实现经典计算机永远无法做到的逻辑飞跃。

量子计算离商业化还远吗?

量子计算机能否揭开我们身体和宇宙的奥秘?

量子计算长期以来被大多数人认为是将应用于遥远未来的技术,但是由于一种对“非完美能力”的新认知不断觉醒,量子计算实际投入商业化应用的那天突然变得不那么远了。

一家伯克利的公司 Rigetti 于9月7日发布了一款类似于亚马逊云服务 AWS 的项目,叫做量子云服务 (Quantum Cloud Service)。目前十多名初始用户包括了来自生物科技和化学领域的公司,它们都希望借助量子技术研究复杂的分子结构、从而推动新药物的研发。

尽管目前在混合计算系统中量子计算部分的能力还不够强、而且容易犯错,但是它马上就要“足够好”以至于能够帮助传统计算机比以往表现得更好。这个里程碑被称为量子优势,Rigetti 认为量子优势将在 6 到 36 个月的时间内达成。

还有,“足够好”并不意味着量子计算能够在最终计算结果上表现得同传统计算机一样准确,但是在特定领域它“足够好”的优势是显而易见的。

例如设计新的化学合成物时,量子计算机可以模拟理论上可能分子的所有原子和其电子的可能位置。或者在金融领域,从 100 个投资标的中选出最好的投资组合时,量子计算机可以模拟一切组合的可能结果。

这些领域都不那么追求“完美能力”或者“精确结果”。在几十亿的可能结果中,得不到最好的结果也不重要,第二好、第三好的结果都已经“足够好”了。正是由于这样的认知以及特定领域对非精确结果的包容性,量子计算的商业化应用可能真的会很快到来。

量子计算须攻克技术难关

计算机科学家说,超高速量子计算机可以加速新药物的研制,破解最复杂的密码安全系统,设计新材料,模拟气候变化,以及实现超级人工智能。但目前业内还没有就如何研发量子计算机达成共识,对于其将如何用于大众市场也尚未统一。世界各地的物理学家、工程师和计算机科学家正试图开发四种非常不同类型的量子计算机,这些计算机分别是基于光粒子、俘获离子、超导量子比特或钻石中的氮空位中心。

IBM、谷歌、Rigetti、英特尔和微软等公司目前都是量子计算机领域的领先者。然而每种方法都有其优缺点,但最大的挑战是量子本身的脆弱性。

IBM的量子计算机所处的环境温度维持在绝对零度左右

量子比特非常不稳定,容易受到其他能源的干扰或“噪音”,从而导致计算错误。因此,关于量子计算机竞赛的目的是找到一种方法,使其大规模量产能够趋于稳定。“人们正在学习和试验,我们希望在三到五年内能够找出一个具体的例子,并说明量子计算对于任何经典计算机能做的事情都有显著改进。”IBM研究院量子计算战略和生态系统副总裁罗伯特·苏托尔(Robert Sutor)博士说。

量子计算在半导体技术中的邀请

2017年,英特尔向量子计算的商业化迈出了一小步,拿出了17个量子位超导芯片,随后CEO Brian Krzanich在CES 2018上展示了一个具有49个量子位的测试芯片。与此前在英特尔的量产努力不同,这批最新的晶圆专注于自旋量子位而非超导量子位。这种二次技术仍然落后于超导量子力度,但可能更容易扩展。

展望未来,英特尔现在每周能够生产多达五片硅晶片,其中包含多达26个量子位的量子芯片。这一成就意味着英特尔大幅增加了现有量子器件的数量,并可望在未来几年稳步增加量子比特数。英特尔量子硬件总监Jim Clarke接受采访时透露,目前用于小规模生产的技术最终可能会扩展到超过1000个量子位。由于温度波动引起的膨胀和收缩限制使得工程师不能简单地扩展芯片上的量子位数。

目前,每个晶圆都由量子点组成,必须仔细切片,以便每个芯片以适当数量的量子位结束。由于缺陷和物理限制,完成的芯片最终可能有3,7,11或26个量子位。无论哪种类型的量子计算占上风,英特尔的目标是构建一个可以扩展超过100万个量子位的架构。这将允许使用相同的基本结构,但改进的量子位Overtime,而不必在每次产生新的量子突破时回到原点。在量子技术方面,英特尔可能在10年内达到100万个量子位。

但是尚待解决的重要挑战之一是操作量子处理器所需的极端寒冷的温度。由于温度需要尽可能保持接近绝对零度,量子计算机的性能需要远远高于传统硅,以使其具有成本效益。着技术的进步,其实用性将迅速提高。