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量子核算,将从QPU开端

时刻: 2019年06月03日 | 作者: Frank Wilczek | 来历: 举世(www.22vfpn.com)
第十七回 | 量子核算,从QPU开端 撰文 | 弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek) 翻译 | 胡风 梁丁当 近几年,量子核算机范畴有许多重要的发展。IBM、谷歌和微软是这些发展的首要推动者,一


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第十七回 | 量子核算,从QPU开端



撰文 | 弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)

翻译 | 胡风 梁丁当



近几年,量子核算机范畴有许多重要的发展。IBM、谷歌和微软是这些发展的首要推动者,一些大学科研团队和国家试验室也有重要贡献。量子核算技能出路无量,这一点已是业界的一致。可是关于未来量子核算机详细是什么姿态的,又将有多大的影响力,却还没有个明晰的说法。事实上,越来越显着的一个趋势是,往后将会呈现规划和方式多种多样的量子核算机,以习惯不同的用处。


传统的核算机以比特作为信息的存储单元。一个比特有两个状况:1或许0(比特的英文Bit是二进制数字,即binary digit的简写)。各类杂乱的信息——从棋子的方位、蛋白质的结构到猫的图片,都能够转换成一长串比特。而量子核算机则是运用量子比特(英文简称为qubit)。量子比特可所以1,也可所以0,还可所以介于1和0之间某种状况。这种状况叫做叠加态,是1和0两种状况不行分化的混合。在不同的探索性量子技能中,量子比特的载体或许是单个的原子、电子、细小的超导环,或是更独特的“恣意子”(这是我提出并命名的一种准粒子)。量子比特比经典比特愈加杂乱,能够存储的信息密度也更高。


经典核算机并不适用于模仿量子体系。原因很简单:它们没有满足的空间来存储和操作量子体系所含的信息。量子核算机应该能更好地模仿量子体系。从理论上讲,它们能够核算各类资料的性质,包含或许的催化剂、药物、太阳能电池和蓄电池。这样的话,咱们就不必再做那些费时吃力的试探性试验了。


也有人称,量子核算机还能充任破解暗码的东西。可是这类使用的要求十分严苛,需求使用数千个量子比特进行准确核算。这个方针间隔咱们还十分悠远,在可见的未来,通用量子核算机大致将限制在几十个量子比特以内,而且出错率很高。


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量子比特尽管功能强壮,却很软弱,且难以控制。在外界环境或其他粒子的搅扰下,量子比特存储的信息很简单被打乱。比方,咱们都知道传统核算机存储器中的信息能够被强磁场消除,而量子存储器比照那小得多的磁场都十分灵敏。


相比之下,尽管量子模仿器不那么灵敏、不允许恣意编程,但关于研讨量子力学来说,却是更简单完成的代替计划。这种办法的根本战略是这样:假如一个特定量子体系的行为很风趣可是很难经过试验来研讨,咱们就使用另一个比较简单控制的量子体系来模仿它。超冷原子体系便是一种特别有用的量子模仿器,由于咱们能够经过调理激光、电场和磁场来软禁和控制原子,然后调控原子之间的相互效果。例如,咱们能够用冷原子来模仿中子的行为,然后了解中子星的内部物质状况。


经典-量子混合核算是另一个有出路的发展方向——经典核算机能够调用一个相对较小的量子“协处理器”来做一些要害的核算。这种协处理器的效果类似于图形处理单元(GPU,一种能十分高效地履行一些专门运算的超高速芯片)。GPU开端是为电脑游戏而规划开发的,它们使电脑能够快速地改写图形显现。可是,聪明的研讨人员发现,它们还能够用在其他许多当地,特别是模仿夸克和胶子是怎么构成质子的。


在大型的通用量子核算机面世——假如真有那么一天——之前,这种经典-量子混合战略有或许使专门用于化学和资料的量子核算变成实际。让量子处理单元(QPU)赶快到来吧!