谷歌再一次突破人类的上限 又开发出了一款更牛的量子计算机

来源于书本上的理论:我们所处的自然界,其实就包括三个要素,物质、能量和信息,与之对应的有物质科学、能量科学和信息科学。但从人类创建量子力学之后,在上个世纪里,人们把量子力学理论应用于物质科学和能量科学,先后开发出了如半导体、核能技术和激光等技术,人类文明由此得以持续迈向更高级。

当人们把量子力学与信息科学相互融合在一起时,就创造出了量子信息科学。量子信息科学以量子论特有的量子态作为信息单元(量子比特),信息的产生、处理、决策和检测皆遵从量子力学的规律,从而人类利用量子力学本身所具有的叠加、纠缠、不可克隆和非局域等特性,可以开发出运算速度更快、信息容量更大且更安全的计算机。虽然到目前为止,量子计算机仍处在实验室研究的阶段。但是研究者们普遍坚信,人类开发出通用量子计算机是迟早的事情。

日前,据外媒报道:继IBM成功建成并测试全球首台50量子比特的量子计算机原型后,昨天谷歌在美国洛杉矶举办的一场物理学会会议上,面向业界推出了全球首款72量子比特的处理器Bristlecone。Bristlecone是一种基于门的超导系统,研究人员可借助Bristlecone进一步研究量子比特的系统错误和可扩展性,且可以被研究者们当作实验平台来开发如量子模拟、优化和机器学习等应用程序。

(左图是72量子比特的量子处理器Bristlecone,右图是该设备的图示。每个“X”代表一个量子比特,量子比特之间以线性阵列方式相连。)

(错误率和量子比特位数之间的关系。)

当前,几乎所有的量子计算机都要面临错误率的问题,究其原因主要还是在于人类受限于本身已有的技术水平。之前,谷歌曾对外提出过9量子比特的线性阵列技术(物理原理)。当时,该技术原理便能让量子计算机的读数错误率低至1%,单量子比特门的错误率0.1%,双量子比特门的错误率0.6%。本次,谷歌为Bristlecone继续采用了与9个量子比特相同的方案,以进行耦合、控制和输出。更重要的是,谷歌还将之扩展为了包含72个量子比特的正方形数组。

谷歌指出:未来,人们在构建更大规模的量子计算机时,Bristlecone将会是令人信服的原理证明。“像Bristlecone这样的设备,如果要使之在低系统错误的情况下运行,需要从软件、控制电子设备,再到处理器本身等一整套技术之间协调配合得足够好才行。而人们要做到这一点,就需要在多次迭代中细心地进行系统工程操作。”谷歌亦认为:该公司可以通过Bristlecone在业界取得量子霸权,而且人们基于此学习如何怎样构建和操作设备,既会面临挑战,又会感到兴奋。

另据媒体分析:先前,谷歌向外宣称自己要构建一个49量子比特的量子计算机。之后不久,IBM通过研究得出新的结论,并向外宣称,对于某些特定的量子应用,可能需要56量子比特甚至更多的量子比特。况且,前文已提到,IBM已经先谷歌一步,成功创建并测试了世界上首台50量子比特的量子计算机原型。此次谷歌破天荒地向业界发布首款72量子比特的量子计算机,多多少少有与IBM、微软等科技巨头竞竞技的意味。

可以想见,人们在研发量子比特更多的量子计算机时,除了要确保量子计算机的错误率始终维持在极低的水平外,还不得不面临量子比特的可扩展性(量子模拟)这一难题。位于中国无锡的神威·太湖之光在全球可谓是最强大的超级计算机,至今也只能模拟46个量子比特的量子计算机(世界纪录)。实际上,人们利用经典计算机模拟通用量子计算机,本来就是项极具挑战性的研究工作。人们在用经典计算机模拟量子计算机的过程中,每增加一个量子比特,传统计算机的内存相应地就得在原来的基础上增加一倍。举例来说,由传统计算机模拟45量子比特的量子计算机,至少需要0.5PB的内存,而在传统计算机上模拟72量子比特的量子计算机时,所需的内存要大得太多太多了。倘若谷歌的Bristlecone能比世界上最强大的超级计算机更快、更好地运行通用算法,这无疑会加速人类迈入通用量子计算机的时代。

2017年11月,由武汉大学物理科学与技术学院袁声军教授、德国于利希超算中心金丰平研究员、Kristel Michielsen 教授和荷兰格罗宁根大学Hans De Raedt 教授组成的研究团队联合攻关,在中国国家超级计算无锡中心的超级计算机神威·太湖之光上实现了一系列通用量子计算机的模拟,实现45量子比特模拟。然后,在2017年12月,团队再次取得突破,实现了46量子比特模拟,创下了目前的世界纪录。

人工智能与量子计算机之间同样有着很大的关联。2017年的时候,谷歌就预测:未来5年内,小型商用量子计算机就很有可能问世。“早期的量子计算设备将在量子模拟,量子辅助优化和量子采样领域有商业运用。更快的计算速度对从人工智能到金融和医疗等领域具有明显的商业优势。”

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  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180306A0ULUD00?refer=cp_1026
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